Закон на Ом: разкрива се връзката ток-напрежение

Законът на Ом е ключово правило за анализ на електрически вериги, описващо връзката между три ключови физични величини: напрежение, ток и съпротивление. Той представлява, че токът е пропорционален на напрежението в две точки, като константата на пропорционалност е съпротивлението.

Връзката, дефинирана от закона на Ом, обикновено се изразява в три еквивалентни форми:

аз = V / R
R = V / аз
V = IR

с тези променливи, дефинирани в проводник между две точки по следния начин:

• аз представлява електрически ток, в единици ампери.
• V представлява волтаж измерени по проводника във волта и
• R представлява съпротивлението на проводника в оми.

Един от начините да се мисли за това концептуално е, че като ток, т.е. аз, преминава през резистор (или дори през несъвършен проводник, който има известно съпротивление), R, токът губи енергия. Следователно енергията, преди да пресече проводника, ще бъде по-висока от енергията, след като пресече проводника, и тази разлика в електрическата е представена в разликата в напрежението, т.е. V, през проводника.

Разликата в напрежението и ток между две точки може да бъде измерена, което означава, че самото съпротивление е производно количество, което не може да бъде измерено директно експериментално. Когато обаче вмъкнем някакъв елемент във верига, която има известна стойност на съпротивлението, тогава вие сте в състояние да използва това съпротивление заедно с измерено напрежение или ток за идентифициране на другото непознато количество.

Германският физик и математик Георг Саймън Ом (16 март 1789 г. - 6 юли 1854 г. пр. Н. Е.) изследвания в електроенергията през 1826 и 1827 г., публикувайки резултатите, станали известни като Закон на Ом в 1827. Той беше в състояние да измери тока с галванометър и опита няколко различни настройки, за да установи разликата си в напрежението. Първата беше волтова купчина, подобна на оригиналните батерии, създадени през 1800 г. от Алесандро Волта.

Търсейки по-стабилен източник на напрежение, по-късно той премина към термодвойки, които създават разлика в напрежението въз основа на температурната разлика. Това, което той всъщност директно измерва, е, че токът е пропорционален на температурната разлика между двата електрически съединения, но тъй като разликата в напрежението е пряко свързана с температурата, това означава, че токът е пропорционален на напрежението разлика.

Казано по-просто, ако удвоите разликата в температурата, удвоихте напрежението и също удвоихте тока. (Ако приемем, разбира се, че термодвойката ви не се топи или нещо подобно. Има практически ограничения, при които това би се развалило.)

Ом всъщност не беше първият, който разследва този род отношения, въпреки че публикува първата. Предишна работа на британския учен Хенри Кавендиш (10 октомври 1731 г. - 24 февруари 1810 г. пр. Хр.) В 1780-те го доведоха до коментари в неговите списания, които сякаш сочат същото взаимоотношения. Без това да бъде публикувано или съобщено по друг начин на други учени от неговото време, резултатите на Кавендиш не бяха известни, оставяйки отвора за Ом да направи откритието. Ето защо тази статия не е озаглавена Законът на Кавендиш. Тези резултати са публикувани по-късно през 1879 г. от Джеймс Клерк Максуел, но към този момент кредитът вече е установен за Ohm.

Друг начин за представяне на закона на Ом е разработен от Густав Кирхоф (от Законите на Кирхоф слава) и е под формата на:

J = σE

където тези променливи означават:

• J представлява плътността на тока (или електрически ток на единица площ от напречното сечение) на материала. Това е векторно количество, представляващо стойност във векторно поле, което означава, че съдържа и величина, и посока.
• сигма представлява проводимостта на материала, която зависи от физичните свойства на отделния материал. Проводимостта е реципрочна на съпротивлението на материала.
• E представлява електрическото поле на това място. Това е и векторно поле.

Първоначалната формулировка на Закона на Ом е в основата си идеализиран модел, която не отчита индивидуалните физически изменения в проводниците или електрическото поле, движещо се през него. За повечето основни приложения на веригата това опростяване е напълно добре, но когато се впускате в повече подробности или работите с по-прецизни елементи на веригата, може да е важно е да се помисли как се различава настоящата връзка в различните части на материала и точно тук влиза тази по-обща версия на уравнението играят.