Kuelewa Sheria ya Ohm
Pia soma nyenzo kuhusu maswali ya mfano wa sheria ya Ohm na majadiliano ya maswali ya sheria ya Ohm.
Karibu katika kondakta zote za chuma, uwanja wa umeme sawia na msongamano wa mkondo wa umeme, ambapo uwiano wa uga wa umeme kwa msongamano wa mkondo wa umeme ni thabiti. Imeonyeshwa kihisabati kupitia mlinganyo:
ρ = E / J
Maelezo: E = uwanja wa umeme, ρ = upinzani, J = msongamano wa mkondo wa umeme.
Kigezo cha uwiano ρ kinaitwa upinzani maalum au upinzani, ambao thamani yake ni thabiti na haitegemei uwanja wa umeme unaozalisha mkondo wa umeme.
Ikiwa uwanja wa umeme utaongezeka, msongamano wa mkondo wa umeme pia utaongezeka, kinyume chake, ikiwa uwanja wa umeme utapungua, msongamano wa mkondo wa umeme pia utapungua, ili uwiano wa uwanja wa umeme kwa msongamano wa mkondo wa umeme uwe thabiti. Hii ni taarifa ya sheria ya Ohm . Kwa hivyo mlinganyo hapo juu unaelezea sheria ya Ohm tu wakati ρ ni thabiti na haitegemei uwanja wa umeme. Sheria ya Ohm haitumiki ikiwa thamani ya ρ itabadilika wakati uwanja wa umeme unabadilika.
Hata hivyo, ni rahisi kupima uwezo wa umeme (V) kuliko uwanja wa umeme (E), na pia ni rahisi kupima mkondo wa umeme (I) kuliko msongamano wa mkondo wa umeme (J). Kwa hivyo, mbali na kuonyeshwa kwa upande wa uwanja wa umeme , msongamano wa mkondo wa umeme na upinzani (ρ), sheria ya Ohm pia inaonyeshwa kwa upande wa uwezo wa umeme , mkondo wa umeme na upinzani wa umeme (R).
Kwanza, fikiria kondakta wa waya mwenye urefu (l), eneo la sehemu mtambuka (A) na kuna tofauti ya uwezo wa umeme (V) kati ya ncha mbili za waya. Ikiwa uwanja wa umeme ni sawa, au sawa kote, basi uhusiano kati ya uwanja wa umeme na tofauti ya uwezo wa umeme huonyeshwa katika mlinganyo V = E s ( mlinganyo huu umejadiliwa katika nyenzo ya uwezo wa umeme ). Ikiwa msongamano wa mkondo wa umeme ni sawa, au sawa kote, basi uhusiano kati ya msongamano wa mkondo wa umeme na mkondo wa umeme huonyeshwa katika mlinganyo I = JA ( mlinganyo huu umejadiliwa katika nyenzo ya mkondo wa umeme ).
Ili kupata mlinganyo unaoelezea uhusiano kati ya uwezo wa umeme (V), mkondo wa umeme (I) na upinzani wa umeme (R), badilisha E na J katika mlinganyo wa upinzani na E katika mlinganyo wa uwezo wa umeme na J katika mlinganyo wa mkondo wa umeme:
Huu ni mlinganyo unaoelezea uhusiano kati ya uwezo wa umeme (V), mkondo wa umeme (I) na upinzani wa umeme (R) katika kondakta. Kulingana na mlinganyo huu, inaweza kusemwa kwamba upinzani wa umeme katika kondakta ni uwiano wa tofauti ya uwezo wa umeme na mkondo wa umeme katika kondakta.
Sheria ya Ohm inasema kwamba uwiano wa tofauti ya uwezo wa umeme na mkondo wa umeme ni thabiti. Kwa maneno mengine, mlinganyo huu unaelezea sheria ya Ohm tu wakati upinzani wa umeme (R) ni thabiti. Sheria ya Ohm haitumiki ikiwa upinzani wa umeme si thabiti, yaani, hutofautiana.
Katika uundaji wa mlinganyo hapo juu, upinzani wa umeme (R) wa kondakta pia unahusiana na upinzani maalum (ρ), urefu wa kondakta (l) na eneo la sehemu mtambuka (A) la kondakta. Kihisabati, hii inaonyeshwa katika mlinganyo:
Mlinganyo huu unajadiliwa kwa undani zaidi katika makala kuhusu upinzani wa umeme.
Fomula ya Sheria ya Ohm
Sheria ya Ohm inaelezewa na milinganyo miwili, yaani ρ = E/J na R = V/I. Ikumbukwe kwamba milinganyo hii miwili ni milinganyo ya sheria ya Ohm tu wakati ρ ni thabiti na R ni thabiti. Ikiwa ρ na R ya kondakta itabadilika, milinganyo hii miwili haielezi sheria ya Ohm, lakini ρ = E/J inaelezea upinzani maalum wa kondakta na R = V/I inaelezea upinzani wa umeme wa kondakta.
Mlinganyo ρ = E/J unaweza kuandikwa kama E = ρ J. Wakati ρ ni thabiti basi E ni sawia moja kwa moja na J, ikimaanisha kwamba ikiwa E itaongezeka basi J itaongezeka au ikiwa E itapungua basi J itapungua.
Vile vile, mlinganyo R = V/I unaweza kuandikwa kama V = I R. Wakati R ni thabiti, V ni sawia moja kwa moja na I, ikimaanisha kwamba ikiwa V itaongezeka, mimi huongezeka, au ikiwa V itapungua, mimi hupungua.
Nyenzo zinazotii sheria ya Ohm zinasemekana kuwa ohmic, huku nyenzo ambazo hazitii sheria ya Ohm zikisemekana kuwa nonohmic. Karibu kondakta zote za metali ni ohmic, huku nyenzo zingine nyingi zikiwa nonohmic.
Katika nyenzo zisizo za ohmic, upinzani wa umeme si thabiti, lakini hutofautiana kulingana na tofauti ya mkondo na uwezo. Hii ina maana kwamba ikiwa mkondo utabadilika, upinzani wa nyenzo pia hubadilika, na vivyo hivyo, ikiwa volteji itabadilika, upinzani wa nyenzo pia hubadilika. Kwa sababu upinzani wa umeme hutofautiana, katika nyenzo zisizo za ohmic, volteji (V) hailingani moja kwa moja na mkondo (I).
Grafu za V, I na R
Katika nyenzo za ohmic, uwiano wa V hadi I ni thabiti, unaowakilishwa na mstari ulionyooka. Mifano ya nyenzo za ohmic ni kondakta za metali. Wakati huo huo, katika nyenzo zisizo za ohmic, uwiano wa V hadi I si thabiti, unaowakilishwa na mstari uliopinda. Mifano ya nyenzo zisizo za ohmic ni diode za semiconductor na transistors.
Sheria ya Ohm inatumika tu kwa vifaa vya Ohm na si kwa vifaa vyote, kwa hivyo si sahihi kuiita sheria kama sheria za Newton au sheria zingine za fizikia. Sheria za fizikia kwa kweli zinatumika kwa vitu vyote, si kwa vitu fulani tu. Hata hivyo, matumizi ya sheria ya Ohm yamekuwa jambo la kawaida, kwa hivyo bado inaitwa sheria ya Ohm, mradi tu ikumbukwe kwamba sheria ya Ohm inatumika tu kwa vitu vya Ohm. Mbali na sheria ya Ohm, mfano mwingine wa dhana potofu ya kawaida ni matumizi ya sheria bora ya gesi au sheria ya Hooke.
