Ufafanuzi wa sheria ya Ohm
Karibu katika kondakta zote za chuma, uwanja wa umeme ni sawia na msongamano wa mkondo wa umeme, ambapo uwiano wa uwanja wa umeme na msongamano wa mkondo wa umeme ni thabiti. Kihisabati huonyeshwa kupitia mlinganyo:
ρ = E / J
E = uwanja wa umeme , ρ = upinzani , J = msongamano wa mkondo
ρ isiyobadilika inaitwa upinzani, ambayo thamani yake ni thabiti na haitegemei uwanja wa umeme unaosababisha mkondo wa umeme.
Ikiwa uwanja wa umeme utaongezeka, msongamano wa mkondo wa umeme pia utaongezeka, ilhali ikiwa uwanja wa umeme utapungua, msongamano wa mkondo wa umeme pia utapungua,
ili uwiano wa uwanja wa umeme na msongamano wa mkondo wa umeme uwe thabiti. Hii ni taarifa ya kisheria 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 inabadilika wakati uwanja wa umeme unabadilika.
Hata hivyo, ni rahisi kupima uwezo wa umeme (V) kuliko uwanja wa umeme (E), kwa hivyo pia ni rahisi kupima mkondo wa umeme (I) kuliko msongamano wa mkondo wa umeme (J). Kwa hivyo, pamoja na kutajwa katika uwanja wa umeme, msongamano wa mkondo wa umeme na upinzani (ρ), sheria ya Ohm pia inaonyeshwa katika uwezo wa umeme, mkondo wa umeme na upinzani wa umeme (R).
Kwanza pitia 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 ulio sawa ni sawa, basi uhusiano kati ya uwanja wa umeme na tofauti ya uwezo wa umeme umeonyeshwa katika mlinganyo V = E s (mlinganyo huu umejadiliwa katika uwezo wa umeme). Ikiwa msongamano wa mikondo ya umeme iliyo sawa ni sawa,
kisha uhusiano kati ya mkondo wa umeme na msongamano wa mkondo wa umeme unaonyeshwa katika mlinganyo I = JA (mlinganyo huu umejadiliwa katika mada 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 ulinganisho wa tofauti ya uwezo wa umeme na mkondo wa umeme katika kondakta.
Sheria ya Ohm inasema kwamba uwiano kati ya 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.
Katika mlinganyo hapo juu, upinzani wa umeme (R) katika kondakta pia una uhusiano na upinzani (ρ), urefu wa kondakta (l) na eneo la sehemu mtambuka (A) la kondakta. Imeonyeshwa kihisabati katika mlinganyo:
Mlinganyo wa 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 wa aina ya 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, E ni sawia 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 basi V ni sawia moja kwa moja na I, ikimaanisha kwamba ikiwa V itaongezeka, basi nitaongezeka au ikiwa V itapungua, basi nitapungua.
Nyenzo inayotii sheria ya Ohm inasemekana kuwa ohmic, ilhali nyenzo isiyotii sheria ya Ohm inasemekana kuwa nonohmic. Karibu kondakta zote za chuma ni ohmic, ilhali vitu vingine vingi si nonohmic.
Kwenye vitu visivyo vya ohmic, upinzani wa umeme si thabiti na hutegemea tofauti ya mkondo wa umeme na uwezo wa umeme. Hii ina maana kwamba ikiwa mkondo wa umeme utabadilika basi upinzani wa umeme wa nyenzo pia hubadilika, na vile vile ikiwa volteji ya umeme itabadilika basi upinzani wa umeme wa nyenzo pia hubadilika. Kwa sababu ya upinzani wa umeme hubadilika kuliko katika jambo lisilo la ohmic, volteji ya umeme (V) hailingani moja kwa moja na mkondo wa umeme (I).
Grafu V, I na R
Katika maada ya ohmic, uwiano wa V hadi I ni thabiti, ambao unawakilishwa na mstari ulionyooka. Mfano wa nyenzo ya ohmic ni kondakta wa chuma. Wakati huo huo katika maada ya nonohmic, uwiano wa V hadi I si thabiti, ambao unawakilishwa na mstari uliopinda. Mifano ya nyenzo zisizo na ohmic ni diode za semiconductor na transistors.
Sheria ya Ohm inatumika tu kwa nyenzo za Ohm na haitumiki kwa vitu vyote, kwa hivyo haifai kusema sheria kama vile sheria ya Newton au sheria zingine za kimwili. Sheria ya kimwili inatumika kwa vitu vyote, si kwa vitu fulani tu. Lakini kutajwa kwa sheria ya Ohm kumekuwa tabia, kwa hivyo bado inaitwa sheria ya Ohm, mradi tu ikumbukwe kwamba sheria ya Ohm inatumika tu kwa vitu vya Ohm.
