Закон Ома. Формулювання, історія, застосування.

Закон Ома є ключовим для аналізу електричних ланцюгів, що описує взаємозв’язок між трьома ключовими фізичними величинами: напругою, струмом і опором. Це означає, що струм пропорційний напрузі, а константою пропорційності є опір.

Використання закону Ома

Відношення, що витікають із закону Ома, зазвичай виражаються в трьох еквівалентних формах:

Электрическая цепь


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

з цими змінними, визначеними через провідник між двома точками в такий спосіб:

I – електричний струм в амперах
V – напруга, виміряна на провіднику в вольтах;
R – опір провідника в Омах.

Один із способів розуміння цієї концепції є те, що, оскільки струм I протікає через резистор (або навіть через недосконалий провідник, який має деякий опір), R, то струм втрачає енергію. Тому енергія до того, як він перетне провідник, буде вище, ніж енергія після того, як він перетне провідник, і ця електрична різниця представлена ​​в різниці напруг V на провіднику.

Різниця напруг і струма між двома кінцевими точками провідника можна виміряти, що означає, що саме опір є похідною величиною, яка не може бути виміряна безпосередньо експериментально. Однак, коли ми вставляємо будь-який елемент в ланцюг з відомим значенням опору, ви можете використовувати цей опір разом з вимірянимою напругою або струмом для ідентифікації іншої невідомої величини.

Історія закону Ома

Німецький фізик і математик Георг Симон Ом (16 березеня 1789 р – 6 липня 1854 г.) провів дослідження електрики в 1826 і 1827 рр., опублікувавши результати, які стали відомі як закон Ома в 1827р. Він зміг виміряти струм за допомогою гальванометра , і випробував пару різних установок, щоб встановити різницю напруги. Першою була гальванічна батарея, схожа на оригінальні батареї, створені в 1800 році Алессандро Вольта.

У пошуках більш стабільного джерела напруги він пізніше переключився на термопари, які створюють різницю напруг в залежності від різниці температур. Насправді він безпосередньо виміряв те, що ток був пропорційний різниці температур між двома електричними з’єднаннями, але оскільки різниця напруги була безпосередньо пов’язана з температурою, це означає, що струм був пропорційний різниці напруг.

Простіше кажучи, якщо ви подвоїли різницю температур, ви подвоїли напругу, а також подвоїли струм. (Припускаючи, звичайно, що ваша термопара не плавиться, або щось в цьому роді. Існують практичні межі, в яких вона може зламатися.)

Насправді Ом не був першим, хто досліджував подібні відношення, незважаючи на те, що першим опублікував. Попередня робота британського вченого Генрі Кавендіша (10 жовтня 1731 р – 24 лютий 1810 р. до н.е.) В 1780-х роках привела до того, що він зробив коментарі в своїх журналах, які, здавалося, вказували на ті ж відношення без того, щоб це було опубліковано або іншим чином передано іншим вченим його часу, результати Кавендіша не були відомі, залишаючи Ому можливість зробити відкриття. Ось чому ця стаття не називається «Закон Кавендіша». Ці результати були пізніше опубліковані в 1879 році Джеймсом Клерком Максвеллом, але до цього моменту першим вже був призначений Ом.

Інші форми закону Ома

Інший спосіб представлення Закону Ома був розроблений Густавом Кірхгофом (Закони Кірхгофа) і приймає форму:

J = σE

де ці змінні позначають:

J – щільність струму (або електричний струм на одиницю площі поперечного перерізу) матеріалу. Це векторна величина, яка представляє значення в векторному полі, тобто воно містить як величину, так і напрямок.
σ – провідність матеріалу, яка залежить від фізичних властивостей окремого матеріалу. Провідність є зворотною величиною питомого опору матеріалу.
Е – електричне поле в цьому місці. Це також векторне поле.

Первісне формулювання закону Ома в основному представляє собою ідеалізовану модель, яка не враховує окремі фізичні зміни всередині проводів або електричне поле, що рухається через нього. Для більшості базових схемних застосувань це спрощення прекрасно, але при ближчому розгляді або роботі з більш точними схемними елементами може бути важливо розглянути, як нинішній стан відношень різних в різних частинах матеріалу.

Позначки: