Ohmov zákon: odhalil sa vzťah medzi prúdom a napätím

Ohmov zákon je kľúčové pravidlo pre analýzu elektrických obvodov, popisujúce vzťah medzi tromi kľúčovými fyzikálnymi veličinami: napätím, prúdom a odporom. Predstavuje to, že prúd je úmerný napätiu v dvoch bodoch, pričom konštanta proporcionality je odpor.

Vzťah definovaný Ohmovým zákonom sa všeobecne vyjadruje v troch ekvivalentných formách:

ja = V / R
R = V / ja
V = IR

s týmito premennými definovanými na vodiči medzi dvoma bodmi nasledujúcim spôsobom:

• ja predstavuje elektrický prúd, v jednotkách ampér.
• V predstavuje Napätie - merané cez vodič vo voltoch a
• R predstavuje odpor vodiča v ohmoch.

Jedným zo spôsobov, ako na to myslieť koncepčne, je to, že ako súčasný, ja, preteká cez odpor (alebo dokonca cez vodič, ktorý nie je dokonalý, má určitý odpor), R, potom prúd stráca energiu. Energia pred tým, ako prechádza vodičom, bude preto vyššia ako energia po tom, čo prechádza vodičom, a tento rozdiel v elektrine je vyjadrený v rozdiele napätia, V, cez vodiča.

Môže sa merať rozdiel napätia a prúdu medzi dvoma bodmi, čo znamená, že samotný odpor je odvodená veličina, ktorú nemožno experimentálne priamo zmerať. Keď však vložíme nejaký prvok do obvodu, ktorý má známu hodnotu odporu, potom ste schopný tento odpor použiť spolu s meraným napätím alebo prúdom na identifikáciu iného neznámeho Množstvo.

Dirigoval nemecký fyzik a matematik Georg Simon Ohm (16. marca 1789 - 6. júla 1854 C.E.) výskum elektriny v rokoch 1826 a 1827, zverejnenie výsledkov, ktoré sa stali známymi ako Ohmov zákon v roku 2007; 1827. Bol schopný zmerať prúd galvanometrom a vyskúšal niekoľko rôznych zostáv, aby zistil rozdiel napätia. Prvou bola hromada sopiek, podobná pôvodným batériám vytvoreným v roku 1800 Alessandrom Voltom.

Pri hľadaní stabilnejšieho zdroja napätia neskôr prešiel na termočlánky, ktoré spôsobujú rozdiel napätia na základe teplotného rozdielu. Skutočne priamo zmeral, že prúd je úmerný teplotnému rozdielu medzi dvoma elektrickými uzlami, ale pretože rozdiel napätia priamo súvisel s teplotou, znamená to, že prúd bol úmerný napätiu rozdiel.

Jednoducho povedané, ak ste zdvojnásobili teplotný rozdiel, zdvojnásobili ste napätie a tiež zdvojnásobili prúd. (Samozrejme za predpokladu, že sa váš termočlánok neroztaví alebo tak niečo. Tam, kde by sa to pokazilo, existujú praktické obmedzenia.)

Ohm nebol vlastne prvý, kto tento vzťah preskúmal, aj napriek tomu, že publikoval prvý. Predchádzajúca práca britského vedca Henryho Cavendisha (10. Októbra 1731 - 24. Februára 1810 C.E.) v USA 1780 to viedlo k tomu, že vo svojich časopisoch robil komentáre, ktoré podľa všetkého naznačovali to isté vzťah. Bez toho, aby boli zverejnené alebo inak oznámené iným vedcom svojej doby, neboli výsledky Cavendish neznáme, takže Ohmu zostal otvorený objav. Preto tento článok nemá názov Cavendishov zákon. Tieto výsledky boli neskôr uverejnené v roku 1879 James Clerk Maxwell, ale v tom okamihu už bol úver pre Ohm stanovený.

Ďalší spôsob, ako zastupovať Ohmov zákon, bol vyvinutý Gustavom Kirchhoffom (z Kirchoffove zákony slávy) a má podobu:

J = σE

kde tieto premenné znamenajú:

• J predstavuje prúdovú hustotu (alebo elektrický prúd na jednotku plochy prierezu) materiálu. Ide o množstvo vektorov predstavujúce hodnotu vo vektorovom poli, čo znamená, že obsahuje veľkosť aj smer.
• sigma predstavuje vodivosť materiálu, ktorá je závislá od fyzikálnych vlastností jednotlivého materiálu. Vodivosť je recipročnou hodnotou odporu materiálu.
• E predstavuje elektrické pole v tomto mieste. Je to tiež vektorové pole.

Pôvodná formulácia Ohmovho zákona je v podstate idealizovaný model, ktorý nezohľadňuje jednotlivé fyzické variácie v rámci drôtov alebo elektrické pole, ktoré sa ním pohybuje. Pre väčšinu základných obvodových aplikácií je toto zjednodušenie úplne v poriadku, ale pri podrobnejších prácach alebo pri práci s presnejšími obvodovými prvkami to môže byť Je dôležité zvážiť, ako sa súčasný vzťah líši v rôznych častiach materiálu, a tu prichádza táto všeobecnejšia verzia rovnice hrať.