Legea lui Ohm sub formă diferenţială şi integrală spune că curentul printr-un conductor între două puncte este direct proporţional cu tensiunea din cele două puncte. O ecuație cu o constantă arată astfel:
I=V/R, unde I este punctul de curent prin conductor în unități de amperi, V (Volt) este tensiunea măsurată cu conductorul în unități de volți, R este rezistența materialului condus în ohmi. Mai precis, legea lui Ohm afirmă că R este o constantă în acest sens, independentă de curent.
Ce poate fi înțeles prin „Legea lui Ohm”?
Legea lui Ohm în formă diferențială și integrală este o relație empirică care descrie cu acuratețe conductivitatea marii majorități a materialelor conductoare. Cu toate acestea, unele materiale nu respectă legea lui Ohm, ele sunt numite „nonohmic”. Legea a fost numită după omul de știință Georg Ohm, care a publicat-o în 1827. Descrie măsurătorile de tensiune și curent folosind circuite electrice simple care conțindiverse lungimi de sârmă. Ohm și-a explicat rezultatele experimentale cu o ecuație puțin mai complexă decât forma modernă de mai sus.
Conceptul legii lui Ohm în dif. forma este, de asemenea, folosită pentru a desemna diverse generalizări, de exemplu, forma sa vectorială este folosită în electromagnetism și știința materialelor:
J=σE, unde J este numărul de particule electrice dintr-o anumită locație din materialul rezistiv, e este câmpul electric din acea locație și σ (sigma) este materialul dependent de parametrul de conductivitate. Gustav Kirchhoff a formulat legea exact așa.
Istorie
Istorie
În ianuarie 1781, Henry Cavendish a experimentat cu un borcan Leyden și un tub de sticlă de diferite diametre umplut cu o soluție de sare. Cavendish a scris că viteza se schimbă direct ca grad de electrificare. Inițial, rezultatele au fost necunoscute comunității științifice. Dar Maxwell le-a publicat în 1879.
Ohm și-a făcut munca despre rezistență în 1825 și 1826 și și-a publicat rezultatele în 1827 în „The Galvanic Circuit Proved Mathematically”. S-a inspirat din lucrarea matematicianului francez Fourier, care a descris conducerea căldurii. Pentru experimente, a folosit inițial pile galvanice, dar mai târziu a trecut la termocupluri, care ar putea oferi o sursă de tensiune mai stabilă. El a operat cu conceptele de rezistență internă și tensiune constantă.
Tot în aceste experimente s-a folosit un galvanometru pentru măsurarea curentului, deoarece tensiuneaîntre bornele termocuplului proporțional cu temperatura de conectare. Apoi a adăugat cabluri de testare de diferite lungimi, diametre și materiale pentru a finaliza circuitul. A descoperit că datele sale ar putea fi modelate cu următoarea ecuație
x=a /b + l, unde x este citirea contorului, l este lungimea cablului de testare, a depinde de temperatura joncțiunii termocuplului, b este o constantă (constantă) a întregii ecuații. Ohm și-a dovedit legea pe baza acestor calcule de proporționalitate și și-a publicat rezultatele.
Importanța legii lui Ohm
Legea lui Ohm în formă diferențială și integrală a fost probabil cea mai importantă dintre descrierile timpurii ale fizicii electricității. Astăzi considerăm acest lucru aproape evident, dar când Om și-a publicat prima lucrare, nu a fost cazul. Criticii au reacționat la interpretarea sa cu ostilitate. Ei au numit lucrarea lui „fantezii goale”, iar ministrul german al educației a declarat că „un profesor care predică o astfel de erezie nu merită să predea știința.”
Filozofia științifică predominantă în Germania la acea vreme susținea că experimentele nu erau necesare pentru a dezvolta o înțelegere a naturii. În plus, fratele lui Geogr, Martin, matematician de profesie, s-a luptat cu sistemul educațional german. Acești factori au împiedicat acceptarea lucrării lui Ohm, iar opera sa nu a fost acceptată pe scară largă decât în anii 1840. Cu toate acestea, Om a primit recunoaștere pentru contribuțiile sale la știință cu mult înainte de moartea sa.
Legea lui Ohm în formă diferențială și integrală este o lege empirică,generalizarea rezultatelor multor experimente, care au arătat că curentul este aproximativ proporțional cu tensiunea câmpului electric pentru majoritatea materialelor. Este mai puțin fundamental decât ecuațiile lui Maxwell și nu este potrivit în toate situațiile. Orice material se va descompune sub forța unui câmp electric suficient.
Legea lui Ohm a fost respectată pe o gamă largă de scale. La începutul secolului al XX-lea, legea lui Ohm nu era luată în considerare la scară atomică, dar experimentele confirmă contrariul.
Început cuantic
Dependența densității de curent de câmpul electric aplicat are un caracter fundamental cuantic-mecanic (permeabilitatea cuantică clasică). O descriere calitativă a legii lui Ohm se poate baza pe mecanica clasică folosind modelul Drude dezvoltat de fizicianul german Paul Drude în 1900. Din această cauză, legea lui Ohm are multe forme, cum ar fi așa-numita lege a lui Ohm în formă diferențială.
Alte forme ale legii lui Ohm
Legea lui Ohm în formă diferențială este un concept extrem de important în ingineria electrică/electronica, deoarece descrie atât tensiunea, cât și rezistența. Toate acestea sunt interconectate la nivel macroscopic. Când se studiază proprietățile electrice la nivel macro- sau microscopic, se folosește o ecuație mai înrudită, care poate fi numită „ecuația lui Ohm”, având variabile care sunt strâns legate de variabilele scalare V, I și R ale legii lui Ohm, dar care sunt o funcție constantă a poziției înexplorator.
Efectul magnetismului
Dacă este prezent un câmp magnetic extern (B) și conductorul nu este în repaus, ci se mișcă cu o viteză V, atunci trebuie adăugată o variabilă suplimentară pentru a explica curentul indus de forța Lorentz asupra sarcinii transportatorii. Numit și legea lui Ohm a formei integrale:
J=σ (E + vB).
În cadrul de repaus al unui conductor în mișcare, acest termen este eliminat deoarece V=0. Nu există rezistență deoarece câmpul electric din cadrul de repaus este diferit de câmpul E din cadrul de laborator: E'=E + v × B. Câmpurile electrice și magnetice sunt relative. Dacă J (curent) este variabil deoarece tensiunea aplicată sau câmpul E variază în timp, atunci reactanța trebuie adăugată rezistenței pentru a ține seama de auto-inducție. Reactanța poate fi puternică dacă frecvența este mare sau conductorul este înfășurat.
