Закон Ома. Формулировка, история, применение.

Закон Ома является ключевым для анализа электрических цепей, описывающий взаимосвязь между тремя ключевыми физическими величинами: напряжением, током и сопротивлением. Это означает, что ток пропорционален напряжению, а константой пропорциональности является сопротивление.

Электрическая цепь

Использование закона Ома

Отношения, происходящие из закона Ома, обычно выражаются в трех эквивалентных формах:

I = V / R
R = V / I
V = IR

с этими переменными, определенными через проводник между двумя точками следующим образом:

I — электрический ток в амперах
V  — напряжение, измеренное на проводнике в вольтах;
R  — сопротивление проводника в омах.

Один из способов понимания этой концепции является то, что, поскольку ток I протекает через резистор (или даже через несовершенный проводник, который имеет некоторое сопротивление), R, то ток теряет энергию. Поэтому энергия до того, как он пересечет проводник, будет выше, чем энергия после того, как он пересечет проводник, и эта электрическая разница представлена ​​в разности напряжений V на проводнике.

Разность напряжений и ток между двумя конечными точками проводника могут быть измерены, что означает, что само сопротивление является производной величиной, которая не может быть измерена непосредственно экспериментально. Однако, когда мы вставляем какой-либо элемент в цепь с известным значением сопротивления, вы можете использовать это сопротивление вместе с измеренным напряжением или током для идентификации другой неизвестной величины.

История закона Ома

Немецкий физик и математик Георг Симон Ом (16 марта 1789 г. — 6 июля 1854 г.) провел исследование электричества в 1826 и 1827 гг., опубликовав результаты, которые стали известны как закон Ома в 1827 г. Он смог измерить ток с помощью гальванометра, и испытал пару различных установок, чтобы установить его разницу напряжения. Первой была гальваническая батарея, похожая на оригинальные батареи, созданные в 1800 году Алессандро Вольта.

В поисках более стабильного источника напряжения он позже переключился на термопары, которые создают разность напряжений в зависимости от разности температур. На самом деле он непосредственно измерил то, что ток был пропорционален разности температур между двумя электрическими соединениями, но поскольку разность напряжений была напрямую связана с температурой, это означает, что ток был пропорционален разности напряжений.

Проще говоря, если вы удвоили разницу температур, вы удвоили напряжение, а также удвоили ток. (Предполагая, конечно, что ваша термопара не плавится или что-то в этом роде. Существуют практические пределы, в которых она может сломаться.)

На самом деле Ома не был первым, кто исследовал подобные отношения, несмотря на то, что сначала опубликовал. Предыдущая работа британского ученого Генри Кавендиша (10 октября 1731 г. — 24 февраля 1810 г. до н. э.) в 1780-х годах привела к тому, что он сделал комментарии в своих журналах, которые, казалось, указывали на те же отношения. Без того, чтобы это было опубликовано или иным образом передано другим ученым его времени, результаты Кавендиша не были известны, оставляя Ому возможность сделать открытие. Вот почему эта статья не называется «Закон Кавендиша». Эти результаты были позже опубликованы в 1879 году Джеймсом Клерком Максвеллом, но к этому моменту первым уже был назначен Ом.

Другие формы закона Ома

Другой способ представления Закона Ома был разработан Густавом Кирхгофом (Законы Кирхгофа) и принимает форму:

J = σE

где эти переменные обозначают:

J —  плотность тока (или электрический ток на единицу площади поперечного сечения) материала. Это векторная величина, представляющая значение в векторном поле, то есть оно содержит как величину, так и направление.
σ —  проводимость материала, которая зависит от физических свойств отдельного материала. Проводимость является обратной величиной удельного сопротивления материала.
Е —  электрическое поле в этом месте. Это также векторное поле.

Первоначальная формулировка закона Ома в основном представляет собой идеализированную модель, которая не учитывает отдельные физические изменения внутри проводов или электрическое поле, движущееся через него. Для большинства базовых схемных применений это упрощение прекрасно, но при более подробном рассмотрении или работе с более точными схемными элементами может быть важно рассмотреть, как текущие отношения различны в разных частях материала.

Метки: