Ohmov zákon

Tento obvod ukazuje prúd, I, prechádzajúci cez odpor, R. Na ľavej strane je napätie, V. Public Domain cez Wikimedia Commons

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

Použitie Ohmovho zákona

Vzťah definovaný Ohmovým zákonom je vo všeobecnosti vyjadrený v troch ekvivalentných formách:

ja = V / R
R = V / ja
V = A

s týmito premennými definovanými naprieč vodičom medzi dvoma bodmi nasledujúcim spôsobom:

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

Jedným zo spôsobov, ako o tom koncepčne uvažovať, je, že ako prúd, ja tečie cez odpor (alebo dokonca cez nedokonalý vodič, ktorý má určitý odpor), R , potom prúd stráca energiu. Energia pred prechodom vodičom bude preto vyššia ako energia po prechode vodičom a tento elektrický rozdiel je vyjadrený v rozdiele napätia, V , cez vodič.

Rozdiel napätia a prúdu medzi dvoma bodmi je možné merať, čo znamená, že samotný odpor je odvodená veličina, ktorú nemožno priamo experimentálne merať. Keď však do obvodu vložíme nejaký prvok, ktorý má známu hodnotu odporu, potom môžete tento odpor použiť spolu s nameraným napätím alebo prúdom na identifikáciu inej neznámej veličiny.

História Ohmovho zákona

Nemecký fyzik a matematik Georg Simon Ohm (16. marca 1789 – 6. júla 1854 n. l.) uskutočnil výskum elektriny v rokoch 1826 a 1827 a zverejnil výsledky, ktoré sa stali známymi ako Ohmov zákon v roku 1827. Dokázal zmerať prúd pomocou galvanometer a vyskúšal niekoľko rôznych nastavení, aby zistil rozdiel v napätí. Prvou bola voltaická hromada, podobná pôvodným batériám, ktoré v roku 1800 vytvoril Alessandro Volta.

Pri hľadaní stabilnejšieho zdroja napätia neskôr prešiel na termočlánky, ktoré vytvárajú rozdiel napätia na základe teplotného rozdielu. To, čo v skutočnosti priamo zmeral, bolo, že prúd bol úmerný teplotnému rozdielu medzi dvoma elektrickými spojmi, ale keďže rozdiel napätia priamo súvisel s teplotou, znamená to, že prúd bol úmerný rozdielu napätia.

Jednoducho povedané, ak ste zdvojnásobili teplotný rozdiel, zdvojnásobili ste napätie a tiež zdvojnásobili prúd. (Samozrejme za predpokladu, že sa váš termočlánok neroztopí alebo niečo také. Existujú praktické limity, kde by sa to pokazilo.)

Ohm v skutočnosti nebol prvý, kto skúmal tento druh vzťahu, napriek tomu, že publikoval ako prvý. Predchádzajúca práca britského vedca Henryho Cavendisha (10. októbra 1731 – 24. februára 1810 n. l.) v 80. rokoch 18. storočia viedla k tomu, že vo svojich časopisoch písal komentáre, ktoré zdanlivo poukazovali na rovnaký vzťah. Bez toho, aby to bolo zverejnené alebo inak oznámené iným vedcom svojej doby, Cavendishove výsledky neboli známe, takže Ohm mohol urobiť objav. Preto tento článok nemá názov Cavendishov zákon. Tieto výsledky boli neskôr publikované v roku 1879 James Clerk Maxwell , ale v tom momente už bol kredit pre Ohm vytvorený.

Iné formy Ohmovho zákona

Ďalší spôsob vyjadrenia Ohmovho zákona vyvinul Gustav Kirchhoff (z Kirchoffove zákony sláva) a má formu:

J = p A

kde tieto premenné znamenajú:

• J predstavuje prúdovú hustotu (alebo elektrický prúd na jednotku plochy prierezu) materiálu. Toto je vektorová veličina predstavujúca hodnotu vo vektorovom poli, čo znamená, že obsahuje veľkosť aj smer.
• sigma predstavuje vodivosť materiálu, ktorá závisí od fyzikálnych vlastností jednotlivého materiálu. Vodivosť je prevrátená k odporu materiálu.
• A predstavuje elektrické pole v tomto mieste. Je to tiež vektorové pole.

Pôvodná formulácia Ohmovho zákona je v podstate an idealizovaný model , ktorá neberie do úvahy individuálne fyzikálne variácie vo vnútri vodičov alebo elektrické pole, ktoré sa cez ne pohybuje. Pre väčšinu základných obvodových aplikácií je toto zjednodušenie úplne v poriadku, ale keď idete do detailov alebo pracujete s presnejšími obvodovými prvkami, môže byť dôležité zvážiť, ako sa súčasný vzťah líši v rôznych častiach materiálu, a to je miesto, kde do hry vstupuje všeobecnejšia verzia rovnice.