Ohmov zakon: razkrito razmerje tok in napetost

Ohmov zakon je ključno pravilo za analizo električnih vezij, ki opisuje razmerje med tremi ključnimi fizikalnimi veličinami: napetostjo, tokom in upornostjo. Predstavlja, da je tok sorazmeren napetosti v dveh točkah, pri čemer je konstanta sorazmernosti upor.

Razmerje, ki ga določa Ohmov zakon, je na splošno izraženo v treh enakovrednih oblikah:

jaz = V / R
R = V / jaz
V = IR

s temi spremenljivkami, določenimi v prevodniku med dvema točkama, na naslednji način:

• jaz predstavlja električni tok, v enotah amperov.
• V predstavlja Napetost merjeno po prevodniku v voltih in
• R predstavlja upor prevodnika v ohmih.

Eden od načinov za to konceptualno je, da kot tok oz. jaz, teče čez upor (ali celo čez nepopolni prevodnik, ki ima nekaj upora), R, potem tok izgublja energijo. Energija, preden prečka prevodnik, bo torej večja od energije, ko prečka prevodnik, in ta razlika v električni je predstavljena v napetostni razliki, V, čez prevodnik.

Razmerje napetosti in toka med dvema točkama je mogoče izmeriti, kar pomeni, da je sam upor izpeljana količina, ki je ni mogoče neposredno eksperimentalno izmeriti. Ko pa v vezje, ki ima znano vrednost upora, vstavimo nekaj elementa, potem ste lahko uporabi ta upor skupaj z izmerjeno napetostjo ali tokom, da prepozna drugo neznano količina.

Nemški fizik in matematik Georg Simon Ohm (16. marec 1789 - 6. julij 1854 C.E.) izvedel raziskave na področju električne energije v letih 1826 in 1827 in objavili rezultate, ki so bili znani kot Ohmov zakon v 1827. Z galvanometrom je znal izmeriti tok in poskusil nekaj različnih nastavitev, da je določil svojo napetostno razliko. Prvi je bil voltajski kup, podoben originalnim baterijam, ki jih je leta 1800 ustvaril Alessandro Volta.

V iskanju bolj stabilnega vira napetosti je pozneje prešel na termoelemente, ki ustvarijo napetostno razliko glede na temperaturno razliko. Pravzaprav je neposredno izmeril, da je bil tok sorazmeren temperaturni razliki med dvema električnima spojnicama, ker pa je bila napetostna razlika neposredno povezana s temperaturo, to pomeni, da je bil tok sorazmeren z napetostjo Razlika.

Preprosto povedano, če podvojite temperaturno razliko, podvojite napetost in tudi podvojite tok. (Ob predpostavki, da se vaš termoelement ne topi ali kaj podobnega. Obstajajo praktične omejitve, kjer bi se to lahko pokvarilo.)

Ohm pravzaprav ni bil prvi, ki je raziskal tovrstno razmerje, kljub objavi prvega. Prejšnje delo britanskega znanstvenika Henryja Cavendisha (10. oktober 1731 - 24. februar 1810 C.E.) v Posledica 1780-ih je v njegovih dnevnikih komentiral komentarje, za katere se zdi, da kažejo isto razmerje. Ne da bi bili objavljeni ali kako drugače sporočeni drugim znanstvenikom njegovega dne, Cavendishovi rezultati niso bili znani, kar je Ohmu omogočilo odkritje. Zato ta članek ni naslovljen Cavendish's Law. Te rezultate je pozneje objavil leta 1879 James Clerk Maxwell, toda do takrat je bil kredit Ohma že vzpostavljen.

Drug način predstavljanja Ohmovega zakona je razvil Gustav Kirchhoff (od Kirchoffovi zakoni slave) in ima obliko:

J = σE

kjer te spremenljivke pomenijo:

• J predstavlja gostoto toka (ali električni tok na enoto preseka) materiala. To je vektorska količina, ki predstavlja vrednost v vektorskem polju, kar pomeni, da vsebuje tako velikost kot smer.
• sigma predstavlja prevodnost materiala, ki je odvisna od fizikalnih lastnosti posameznega materiala. Vodljivost je vzajemna upornost materiala.
• E predstavlja električno polje na tej lokaciji. To je tudi vektorsko polje.

Prvotna formulacija Ohmovega zakona je v bistvu an idealiziran model, ki ne upošteva posameznih fizičnih sprememb znotraj žic ali električnega polja, ki se giblje po njem. Pri večini aplikacij za osnovna vezja je ta poenostavitev popolnoma v redu, vendar ko gre za podrobnejše podrobnosti ali pri delu z natančnejšimi veznimi elementi, je morda Pomembno je razmisliti, kako se trenutno razmerje razlikuje v različnih delih gradiva, in tu prihaja ta splošnejša različica enačbe igra.