Plik Prawo Ohma, w swojej makroskopowej postaci wskazuje, że napięcie i natężenie prądu w obwodzie są wprost proporcjonalne, a rezystancja jest stałą proporcjonalności. Oznaczając te trzy wielkości odpowiednio V, I i R, prawo Ohma stanowi, że: V = I.R.
Podobnie uogólniono prawo Ohma, aby obejmowało elementy obwodów, które nie są wyłącznie rezystancyjne w obwodach prądu przemiennego, w ten sposób przyjmuje następującą postać: V = I. Z.
Gdzie Z jest impedancją, która również reprezentuje przeciwstawienie się przepływowi prądu przemiennego przez element obwodu, na przykład kondensator lub indukcyjność.
Należy zauważyć, że nie wszystkie materiały i elementy obwodu są zgodne z prawem Ohma. Te, w których obowiązuje, nazywane są elementami omowy, a w którym to się nie wypełnia, są nie-omowy lub nieliniowe.
Zwykłe rezystory elektryczne są typu omowego, ale diody i tranzystory nie są, ponieważ zależność między napięciem a prądem nie jest w nich liniowa..
Prawo Ohma swoją nazwę zawdzięcza urodzonemu w Bawarii niemieckiemu fizykowi i matematykowi George'owi Simonowi Ohmowi (1789-1854), który spędził swoją karierę badając zachowanie obwodów elektrycznych. Jednostka oporu elektrycznego w międzynarodowym układzie SI została nazwana na jego cześć: om, co jest również wyrażone grecką literą Ω.
Indeks artykułów
Chociaż makroskopowa postać prawa Ohma jest najlepiej znana, ponieważ łączy ona wielkości, które można łatwo zmierzyć w laboratorium, mikroskopijny kształt wiąże dwie ważne wielkości wektorowe: pole elektryczne I i aktualną gęstość jot:
jot = σ.I
Gdzie σ jest przewodnością elektryczną materiału, właściwością, która wskazuje, jak łatwo jest przewodzić prąd. Ze swojej strony jot jest wektorem, którego wielkość jest ilorazem natężenia prądu I i pola przekroju poprzecznego A, przez który przepływa.
Logiczne jest założenie, że istnieje naturalne połączenie między polem elektrycznym wewnątrz materiału a przepływającym przez niego prądem elektrycznym, tak że im większy prąd, tym większy prąd.
Ale prąd nie jest wektorem, ponieważ nie ma kierunku w przestrzeni. Zamiast tego wektor jot jest prostopadła -lub normalna- do pola przekroju poprzecznego przewodnika, a jego kierunek jest zgodny z kierunkiem prądu.
Z tej postaci prawa Ohma dochodzimy do pierwszego równania, zakładając przewodnik o długości ℓ i przekroju A i podstawiając wielkości jot Y I dla:
J = I / A
E = V / ℓ
J = σ.E → I / A = σ. (V / ℓ)
V = (ℓ / σ.A). I.
Nazywa się odwrotnością przewodnictwa oporność i jest oznaczony grecką literą ρ:
1 / σ = ρ
W związku z tym:
V = (ρℓ / A) .I = R.I
W równaniu V = (ρℓ / A). I., stała (ρℓ / A) jest więc oporem:
R = ρℓ / A
Rezystancja przewodnika zależy od trzech czynników:
-Jego rezystywność ρ, typowa dla materiału, z którego jest wykonana.
-Długość ℓ.
-Obszar A jego przekroju.
Im wyższy ℓ, tym większy opór, ponieważ nośniki prądu mają więcej możliwości zderzenia się z innymi cząstkami wewnątrz przewodnika i utraty energii. I przeciwnie, im wyższe A, tym łatwiejsze jest uporządkowane przemieszczanie się bieżących nośników przez materiał..
Wreszcie, w strukturze molekularnej każdego materiału leży łatwość, z jaką substancja przepuszcza prąd elektryczny. I tak np. Metale takie jak miedź, złoto, srebro i platyna o niskiej rezystywności są dobrymi przewodnikami, a drewno, guma i olej nie, dlatego mają wyższą rezystywność..
Oto dwa ilustrujące przykłady prawa Ohma.
Proste doświadczenie ilustruje prawo Ohma, do tego potrzebny jest kawałek materiału przewodzącego, źródło zmiennego napięcia i multimetr.
Między końcami materiału przewodzącego powstaje napięcie V, które należy stopniowo zmieniać. Za pomocą zmiennego źródła zasilania można ustawić wartości tego napięcia, które są mierzone multimetrem, a także prąd I, który przepływa przez przewodnik..
Pary wartości V i I są zapisywane w tabeli i tworzony jest z nich wykres na papierze milimetrowym. Jeśli wynikowa krzywa jest linią prostą, materiał jest omowy, ale jeśli jest to jakakolwiek inna krzywa, materiał nie jest omowy.
W pierwszym przypadku można określić nachylenie linii, co jest równoważne rezystancji R przewodnika lub jego odwrotności, przewodności.
Na poniższym obrazku niebieska linia przedstawia jeden z tych wykresów dla materiału omowego. Tymczasem żółte i czerwone krzywe są wykonane z materiałów nieomowych, takich jak na przykład półprzewodnik..
Warto wiedzieć, że prąd elektryczny w prawie Ohma zachowuje się podobnie do wody przepływającej przez rurę. Angielski fizyk Oliver Lodge jako pierwszy zaproponował symulację zachowania się prądu z wykorzystaniem elementów hydrauliki.
Na przykład rury reprezentują przewodniki, ponieważ woda przepływa przez nie, a nośniki prądu przez te ostatnie. Kiedy w rurze występuje zwężenie, przepływ wody jest utrudniony, więc byłoby to równoważne oporowi elektrycznemu.
Różnica ciśnień na dwóch końcach rurki umożliwia przepływ wody, co zapewnia różnicę w wysokości lub pompę wodną, i podobnie różnica potencjałów (akumulator) jest tym, co utrzymuje ładunek w ruchu., Równoważny przepływowi. lub objętość wody na jednostkę czasu.
Pompa tłokowa pełniłaby rolę zmiennego źródła napięcia, ale zaletą włączenia pompy wodnej jest to, że obwód hydrauliczny byłby w ten sposób zamknięty, tak jak obwód elektryczny musi być dla przepływu prądu.
Odpowiednik przełącznika w obwodzie byłby to kranik. Jest to interpretowane w ten sposób: jeśli obwód jest otwarty (kurek odcinający zamknięty), prąd, podobnie jak woda, nie może płynąć.
Z drugiej strony, przy zamkniętym wyłączniku (kurek całkowicie otwarty) zarówno prąd, jak i woda mogą bez problemów przepływać przez przewód lub rurę.
Kran lub zawór mogą również stanowić opór: całkowite otwarcie kranu jest równoznaczne z zerową rezystancją lub zwarciem. Jeśli zamyka się całkowicie, to tak, jakby obwód był otwarty, podczas gdy częściowo zamknięty, to tak, jakby miał rezystancję o określonej wartości (patrz rysunek 3).
Wiadomo, że żelazko elektryczne wymaga do prawidłowego działania 2A przy 120V. Jaki jest twój opór?
Rozwiąż opór z prawa Ohma:
R = V / I = 120 V / 2 A = 60 Ω
Drut o średnicy 3 mm i długości 150 m ma opór elektryczny 3,00 Ω przy 20 ° C. Znajdź rezystywność materiału.
Równanie R = ρℓ / A jest odpowiednie, dlatego najpierw należy znaleźć pole przekroju:
A = π(D / 2)dwa = π (3 x 10-3 m / 2)dwa = 4,5π x 10 -6 mdwa
Wreszcie zastępując otrzymujesz:
ρ = A.R / ℓ = 4,5π x 10 -6 mdwa x 3 Ω / 150 m = 2,83 x 10 -7 Ω.m
Jeszcze bez komentarzy