Ang Ohm's Law ay ang pangunahing batas ng mga electrical circuit. Kasabay nito, ito ay nagpapahintulot sa amin na ipaliwanag ang maraming natural na phenomena. Halimbawa, mauunawaan ng isa kung bakit hindi "tinatalo" ng kuryente ang mga ibon na nakaupo sa mga wire. Para sa pisika, ang batas ng Ohm ay lubhang makabuluhan. Nang hindi niya nalalaman, imposibleng gumawa ng mga stable na electrical circuit o wala talagang electronics.
Dependence I=I(U) at ang halaga nito
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng paglaban ng mga materyales ay direktang nauugnay sa kasalukuyang-boltahe na katangian. Ano ito? Kumuha tayo ng isang circuit na may patuloy na electric current at isaalang-alang ang alinman sa mga elemento nito: isang lampara, isang gas pipe, isang metal conductor, isang electrolyte flask, atbp.
Pagbabago ng boltahe na U (madalas na tinutukoy bilang V) na ibinibigay sa elementong pinag-uusapan, susubaybayan namin ang pagbabago sa lakas ng kasalukuyang (I) na dumadaan dito. Bilang isang resulta, makakakuha tayo ng isang pag-asa ng form I \u003d I (U), na tinatawag na "boltahe na katangian ng elemento" at isang direktang tagapagpahiwatig nitomga katangian ng kuryente.
V/A na katangian ay maaaring magmukhang iba para sa iba't ibang elemento. Ang pinakasimpleng anyo nito ay nakuha sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa isang metal conductor, na ginawa ni Georg Ohm (1789 - 1854).
Ang Volt-ampere na katangian ay isang linear na relasyon. Samakatuwid, ang graph nito ay isang tuwid na linya.
Ang batas sa pinakasimpleng anyo nito
Ang pananaliksik ni Ohm sa kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng mga konduktor ay nagpakita na ang kasalukuyang lakas sa loob ng isang metal na konduktor ay proporsyonal sa potensyal na pagkakaiba sa mga dulo nito (I ~ U) at inversely proporsyonal sa isang tiyak na koepisyent, iyon ay, I ~ 1/R. Nakilala ang coefficient na ito bilang "conductor resistance", at ang unit ng pagsukat ng electrical resistance ay Ohm o V/A.
Isa pang dapat tandaan. Ang batas ng Ohm ay kadalasang ginagamit upang kalkulahin ang paglaban sa mga circuit.
Mga salita sa batas
Sinasabi ng Batas ng Ohm na ang kasalukuyang lakas (I) ng isang seksyon ng circuit ay proporsyonal sa boltahe sa seksyong ito at inversely proporsyonal sa resistensya nito.
Dapat tandaan na sa ganitong anyo ang batas ay nananatiling totoo lamang para sa isang homogenous na seksyon ng chain. Ang homogenous ay bahagi ng electrical circuit na walang kasalukuyang pinagmumulan. Kung paano gamitin ang batas ng Ohm sa isang hindi homogenous na circuit ay tatalakayin sa ibaba.
Mamaya, napag-aralan na ang batas ay nananatiling wasto para sa mga solusyonelectrolytes sa isang electrical circuit.
Pisikal na kahulugan ng paglaban
Ang Resistance ay isang pag-aari ng mga materyales, substance o media upang maiwasan ang pagdaan ng electric current. Sa dami, ang paglaban ng 1 ohm ay nangangahulugan na sa isang konduktor na may boltahe na 1 V sa mga dulo nito, maaaring dumaan ang isang electric current na 1 A.
Electrical resistivity
Sa eksperimento, napag-alaman na ang paglaban ng electric current ng conductor ay depende sa mga sukat nito: haba, lapad, taas. At gayundin sa hugis nito (sphere, cylinder) at ang materyal na kung saan ito ginawa. Kaya, ang formula para sa resistivity, halimbawa, ng isang homogenous na cylindrical conductor ay magiging: R \u003d pl / S.
Kung sa formula na ito ay inilagay natin ang s=1 m2 at l=1 m, ang R ay magiging numerically katumbas ng p. Mula dito, kinakalkula ang yunit ng sukat para sa koepisyent ng resistivity ng konduktor sa SI - ito ay Ohmm.
Sa formula ng resistivity, ang p ay ang resistance coefficient na tinutukoy ng mga kemikal na katangian ng materyal kung saan ginawa ang conductor.
Upang isaalang-alang ang differential form ng Ohm's law, kailangan nating isaalang-alang ang ilan pang konsepto.
Kasalukuyang density
Tulad ng alam mo, ang electric current ay isang mahigpit na iniutos na paggalaw ng anumang naka-charge na particle. Halimbawa, sa mga metal, ang mga kasalukuyang carrier ay mga electron, at sa pagsasagawa ng mga gas, mga ions.
Kunin ang maliit na kaso kapag ang lahat ng kasalukuyang carrierhomogenous - konduktor ng metal. Isaalang-alang natin sa isip ang isang walang katapusang maliit na volume sa konduktor na ito at tukuyin mo ang average (drift, ordered) na bilis ng mga electron sa ibinigay na volume. Dagdag pa, hayaang n tukuyin ang konsentrasyon ng mga kasalukuyang carrier sa bawat dami ng yunit.
Ngayon, gumuhit tayo ng infinitesimal area na dS patayo sa vector u at bumuo sa kahabaan ng velocity ng infinitesimal cylinder na may taas na udt, kung saan ang dt ay nagsasaad ng oras kung kailan ang lahat ng kasalukuyang velocity carrier na nakapaloob sa isinasaalang-alang na volume ay lilipas. sa lugar na dS.
Sa kasong ito, ang singil na katumbas ng q=neudSdt ay ililipat ng mga electron sa pamamagitan ng lugar, kung saan ang e ay ang electron charge. Kaya, ang density ng electric current ay isang vector j=neu, na nagsasaad ng halaga ng singil na inilipat sa bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng isang unit area.
Isa sa mga pakinabang ng differential definition ng Ohm's Law ay madalas kang makakalampas nang hindi kinakalkula ang paglaban.
Sisingilin ng kuryente. Lakas ng electric field
Ang lakas ng field kasama ng electric charge ay isang pangunahing parameter sa teorya ng kuryente. Kasabay nito, ang isang quantitative na ideya ng mga ito ay maaaring makuha mula sa mga simpleng eksperimento na magagamit sa mga mag-aaral.
Para sa pagiging simple, isasaalang-alang namin ang isang electrostatic field. Ito ay isang electric field na hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang nasabing field ay maaaring gawin sa pamamagitan ng mga nakatigil na singil sa kuryente.
Gayundin, kailangan ng test charge para sa aming mga layunin. Sa kapasidad nito ay gagamit tayo ng naka-charge na katawan - napakaliit na hindi nito kayang magdulotanumang mga kaguluhan (muling pamamahagi ng mga singil) sa mga nakapalibot na bagay.
Isaalang-alang natin ang dalawang test charge na kinuha, na magkakasunod na inilagay sa isang punto sa espasyo, na nasa ilalim ng impluwensya ng isang electrostatic field. Lumalabas na ang mga singil ay sasailalim sa time-invariant influence sa kanyang bahagi. Hayaan ang F1 at F2 ang mga puwersang kumikilos sa mga paratang.
Bilang resulta ng generalization ng eksperimental na data, napag-alaman na ang mga puwersang F1 at F2 ay nakadirekta alinman sa isa o sa magkasalungat na direksyon, at ang kanilang ratio ay F1/F2 ay independyente sa punto sa espasyo kung saan ang mga singil sa pagsubok ay halili na inilagay. Samakatuwid, ang ratio na F1/F2 ay isang katangian ng mga singil mismo, at hindi nakadepende sa field.
Ang pagtuklas sa katotohanang ito ay naging posible upang makilala ang electrization ng mga katawan at kalaunan ay tinawag na electric charge. Kaya, sa kahulugan, lumalabas na q1/q2=F1/F 2 , kung saan q1 at q2 - ang halaga ng mga singil na inilagay sa isang punto ng field, at F 1 at F2 - pinipilit na kumilos sa mga singil mula sa gilid ng field.
Mula sa mga naturang pagsasaalang-alang, ang magnitude ng mga singil ng iba't ibang mga particle ay nai-eksperimentong itinatag. Sa pamamagitan ng kondisyong pagtatakda ng isa sa mga singil sa pagsubok na katumbas ng isa sa ratio, maaari mong kalkulahin ang halaga ng isa pang singil sa pamamagitan ng pagsukat sa ratio F1/F2.
Anumang electric field ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng isang kilalang charge. Kaya, ang puwersang kumikilos sa isang unit test charge sa pahinga ay tinatawag na electric field strength at tinutukoy ng E. Mula sa kahulugan ng charge, nakuha natin na ang strength vector ay may sumusunod na anyo: E=F/q.
Koneksyon ng mga vector j at E. Isa pang anyo ng batas ng Ohm
Sa isang homogenous na conductor, ang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle ay magaganap sa direksyon ng vector E. Nangangahulugan ito na ang mga vectors na j at E ay magkakasabay na ididirekta. Tulad ng sa pagtukoy ng kasalukuyang density, pumili kami ng isang walang katapusang maliit na cylindrical volume sa konduktor. Pagkatapos ang isang kasalukuyang katumbas ng jdS ay dadaan sa cross section ng cylinder na ito, at ang boltahe na inilapat sa cylinder ay magiging katumbas ng Edl. Ang formula para sa resistivity ng isang silindro ay kilala rin.
Pagkatapos, ang pagsulat ng formula para sa kasalukuyang lakas sa dalawang paraan, makukuha natin ang: j=E/p, kung saan ang halagang 1/p ay tinatawag na electrical conductivity at ito ang kabaligtaran ng electrical resistivity. Ito ay karaniwang tinutukoy na σ (sigma) o λ (lambda). Ang unit ng conductivity ay Sm/m, kung saan ang Sm ay Siemens. Unit inverse ng Ohm.
Kaya, masasagot natin ang tanong sa itaas tungkol sa batas ng Ohm para sa isang hindi magkakatulad na circuit. Sa kasong ito, ang mga kasalukuyang carrier ay maaapektuhan ng puwersa mula sa electrostatic field, na nailalarawan sa intensity E1, at iba pang pwersang kumikilos sa kanila mula sa isa pang kasalukuyang pinagmulan, na maaaring itinalagang E 2. Pagkatapos ay inilapat ang Batas ng Ohm sahindi magkakatulad na seksyon ng chain ang magiging hitsura ng: j=λ(E1 + E2).
Higit pa tungkol sa Conductivity at Resistance
Ang kakayahan ng isang konduktor na magsagawa ng isang electric current ay nailalarawan sa pamamagitan ng resistivity nito, na makikita sa pamamagitan ng formula ng resistivity, o conductivity, na kinakalkula bilang kapalit ng conductivity. Ang halaga ng mga parameter na ito ay tinutukoy pareho ng mga kemikal na katangian ng materyal ng konduktor at ng mga panlabas na kondisyon. Sa partikular, ang ambient temperature.
Para sa karamihan ng mga metal, ang resistivity sa normal na temperatura ay proporsyonal dito, ibig sabihin, p ~ T. Gayunpaman, ang mga paglihis ay sinusunod sa mababang temperatura. Para sa isang malaking bilang ng mga metal at haluang metal sa mga temperatura na malapit sa 0°K, ang pagkalkula ng paglaban ay nagpakita ng mga zero na halaga. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na superconductivity. Halimbawa, mayroong ganitong katangian ang mercury, lata, lead, aluminum, atbp. Ang bawat metal ay may sariling kritikal na temperatura Tk, kung saan naoobserbahan ang phenomenon ng superconductivity.
Tandaan din na ang kahulugan ng resistivity ng cylinder ay maaaring gawing pangkalahatan sa mga wire na gawa sa parehong materyal. Sa kasong ito, ang cross-sectional area mula sa resistivity formula ay magiging katumbas ng cross section ng wire, at l - ang haba nito.
