Prawo Ohma jest kluczową regułą do analizy obwodów elektrycznych, opisującą związek między trzema kluczowymi wielkościami fizycznymi: napięciem, prądem i opornością. Oznacza to, że prąd jest proporcjonalny do napięcia w dwóch punktach, przy czym stała proporcjonalności jest rezystancją.
Korzystanie z prawa Ohma
Zależność zdefiniowana przez prawo Ohma jest ogólnie wyrażona w trzech równoważnych formach:
ja = V. / R
R = V. / ja
V. = IR
z tymi zmiennymi zdefiniowanymi na przewodzie między dwoma punktami w następujący sposób:
- ja reprezentuje prąd elektryczny, w jednostkach amperów.
- V. reprezentuje Napięcie mierzone w poprzek przewodu w woltach, oraz
- R reprezentuje rezystancję przewodnika w omach.
Jednym ze sposobów myślenia o tym koncepcyjnie jest to, że jako prąd, japrzepływa przez rezystor (lub nawet przez nie idealny przewód, który ma pewien opór), R, wtedy prąd traci energię. Energia przed przejściem przez przewodnik będzie zatem wyższa niż energia po przejściu przez przewodnik, a ta różnica w energii elektrycznej jest reprezentowana przez różnicę napięcia, V.przez przewodnik.
Różnicę napięcia i prądu między dwoma punktami można zmierzyć, co oznacza, że sam opór jest wielkością pochodną, której nie można bezpośrednio zmierzyć eksperymentalnie. Jeśli jednak wstawimy jakiś element do obwodu o znanej wartości rezystancji, to jesteś potrafi wykorzystać tę rezystancję wraz ze zmierzonym napięciem lub prądem do zidentyfikowania innej nieznanej Ilość.
Historia prawa Ohma
Niemiecki fizyk i matematyk Georg Simon Ohm (16 marca 1789 - 6 lipca 1854 n.e.) przeprowadził badania elektryczności w 1826 i 1827 r., publikując wyniki znane jako Prawo Ohma w 1827. Był w stanie zmierzyć prąd za pomocą galwanometru i wypróbował kilka różnych ustawień, aby ustalić swoją różnicę napięcia. Pierwszym był stos woltaiczny, podobny do oryginalnych akumulatorów stworzonych w 1800 roku przez Alessandro Volta.
Szukając bardziej stabilnego źródła napięcia, później przeszedł na termopary, które tworzą różnicę napięcia na podstawie różnicy temperatur. To, co faktycznie zmierzył bezpośrednio, to to, że prąd był proporcjonalny do różnicy temperatur między dwoma połączeniami elektrycznymi, ale ponieważ różnica napięć była bezpośrednio związana z temperaturą, oznacza to, że prąd był proporcjonalny do napięcia różnica.
Mówiąc prościej, jeśli podwoiłeś różnicę temperatur, podwoiłeś napięcie, a także podwoiłeś prąd. (Zakładając oczywiście, że twoja termopara się nie topi czy coś takiego. Istnieją praktyczne granice, w których mogłoby się to załamać.)
Ohm nie był pierwszym, który zbadał tego rodzaju relacje, mimo że najpierw je opublikował. Poprzednie dzieło brytyjskiego naukowca Henry Cavendisha (10 października 1731 r. - 24 lutego 1810 r. N.e.) w Lata siedemdziesiąte przyniosły mu komentarze w swoich czasopismach, które wydawały się wskazywać na to samo związek. Bez opublikowania tego lub przekazania innym naukowcom jego czasów, wyniki Cavendisha nie były znane, pozostawiając Ohmowi możliwość odkrycia. Dlatego ten artykuł nie jest zatytułowany Prawo Cavendisha. Wyniki te zostały później opublikowane w 1879 r. Przez James Clerk Maxwell, ale do tego momentu kredyt został już ustalony dla Ohma.
Inne formy prawa Ohma
Inny sposób reprezentowania prawa Ohma opracował Gustav Kirchhoff (z Prawa Kirchoffa sławę) i przyjmuje postać:
jot = σmi
gdzie te zmienne oznaczają:
- jot oznacza gęstość prądu (lub prąd elektryczny na jednostkę powierzchni przekroju) materiału. Jest to wielkość wektorowa reprezentująca wartość w polu wektorowym, co oznacza, że zawiera zarówno wielkość, jak i kierunek.
- sigma reprezentuje przewodnictwo materiału, które zależy od fizycznych właściwości poszczególnych materiałów. Przewodnictwo jest odwrotnością oporności materiału.
- mi reprezentuje pole elektryczne w tym miejscu. Jest to również pole wektorowe.
Oryginalne sformułowanie Prawa Ohma jest w zasadzie an wyidealizowany model, który nie uwzględnia indywidualnych zmian fizycznych w przewodach ani przepływającego przez nie pola elektrycznego. W przypadku większości podstawowych zastosowań w obwodach to uproszczenie jest całkowicie w porządku, ale przy wchodzeniu w więcej szczegółów lub pracy z bardziej precyzyjnymi elementami obwodów może być ważne jest, aby wziąć pod uwagę różnicę między obecną relacją w różnych częściach materiału, i właśnie tam pojawia się ta bardziej ogólna wersja równania grać.