Ohmov zakon v diferencialni in integralni obliki navaja, da je tok skozi prevodnik med dvema točkama neposredno sorazmeren z napetostjo v obeh točkah. Enačba s konstanto izgleda takole:
I=V/R, kjer je I točka toka skozi prevodnik v enotah amperov, V (Volt) je napetost, izmerjena s prevodnikom v enotah voltov, R je upor materiala, ki se prevaja v ohmih. Natančneje, Ohmov zakon pravi, da je R v tem pogledu konstanta, neodvisna od toka.
Kaj je mogoče razumeti z "Ohmovim zakonom"?
Ohmov zakon v diferencialni in integralni obliki je empirični odnos, ki natančno opisuje prevodnost velike večine prevodnih materialov. Vendar pa nekateri materiali ne izpolnjujejo Ohmovega zakona, imenujemo jih "nonohmični". Zakon je dobil ime po znanstveniku Georgu Ohmu, ki ga je objavil leta 1827. Opisuje meritve napetosti in toka z uporabo preprostih električnih vezij, ki vsebujejorazlične dolžine žice. Ohm je svoje eksperimentalne rezultate razložil z nekoliko bolj zapleteno enačbo od sodobne oblike zgoraj.
Koncept Ohmovega zakona v razl. oblika se uporablja tudi za označevanje različnih posplošitev, na primer njena vektorska oblika se uporablja v elektromagnetizmu in znanosti o materialih:
J=σE, kjer je J število električnih delcev na določeni lokaciji v uporovnem materialu, e je električno polje na tej lokaciji in σ (sigma) je material, ki je odvisen od parametra prevodnosti. Gustav Kirchhoff je zakon oblikoval natanko tako.
Zgodovina
Zgodovina
Januarja 1781 je Henry Cavendish eksperimentiral z Leydenskim kozarcem in stekleno cevjo različnih premerov, napolnjeno z raztopino soli. Cavendish je zapisal, da se hitrost spreminja neposredno kot stopnja elektrifikacije. Znanstveni skupnosti sprva rezultati niso bili znani. Toda Maxwell jih je objavil leta 1879.
Ohm je svoje delo o odpornosti opravil v letih 1825 in 1826 in objavil svoje rezultate leta 1827 v "Galvanski vezje dokazano matematično". Navdihnilo ga je delo francoskega matematika Fourierja, ki je opisal prevodnost toplote. Za poskuse je sprva uporabljal galvanske pilote, kasneje pa je prešel na termoelemente, ki bi lahko zagotovili stabilnejši vir napetosti. Deloval je s koncepti notranjega upora in konstantne napetosti.
Tudi v teh poskusih je bil za merjenje toka uporabljen galvanometer, saj je napetostmed terminali termoelementov sorazmerno s temperaturo priključka. Nato je dodal testne kable različnih dolžin, premerov in materialov za dokončanje vezja. Ugotovil je, da je mogoče njegove podatke modelirati z naslednjo enačbo
x=a /b + l, kjer je x odčitek merilnika, l je dolžina preskusnega kabla, a je odvisno od temperature spoja termoelementa, b je konstanta (konstanta) celotne enačbe. Ohm je dokazal svoj zakon na podlagi teh izračunov sorazmernosti in objavil svoje rezultate.
Pomen Ohmovega zakona
Ohmov zakon v diferencialni in integralni obliki je bil verjetno najpomembnejši od zgodnjih opisov fizike elektrike. Danes menimo, da je to skoraj očitno, a ko je Om prvič objavil svoje delo, temu ni bilo tako. Kritiki so se na njegovo interpretacijo odzvali s sovražnostjo. Njegovo delo so poimenovali "gole fantazije", nemški minister za izobraževanje pa je izjavil, da "profesor, ki pridiga takšno herezijo, ni vreden poučevanja znanosti."
Takratna prevladujoča znanstvena filozofija v Nemčiji je menila, da eksperimenti niso potrebni za razvoj razumevanja narave. Poleg tega se je Geogrov brat Martin, po poklicu matematik, boril z nemškim izobraževalnim sistemom. Ti dejavniki so preprečili sprejetje Ohmovega dela in njegovo delo je postalo splošno sprejeto šele v 1840-ih. Kljub temu je Om prejel priznanje za svoj prispevek k znanosti že dolgo pred smrtjo.
Ohmov zakon v diferencialni in integralni obliki je empirični zakon,posplošitev rezultatov številnih poskusov, ki so pokazali, da je tok pri večini materialov približno sorazmeren z napetostjo električnega polja. Je manj temeljna kot Maxwellove enačbe in ni primerna v vseh situacijah. Vsak material se bo porušil pod silo zadostnega električnega polja.
Ohmov zakon je bil opažen na številnih lestvicah. Na začetku 20. stoletja Ohmov zakon ni bil obravnavan na atomski lestvici, vendar poskusi potrjujejo nasprotno.
Kvantni začetek
Odvisnost gostote toka od uporabljenega električnega polja ima v osnovi kvantno-mehanski značaj (klasična kvantna prepustnost). Kvalitativni opis Ohmovega zakona lahko temelji na klasični mehaniki z uporabo modela Drude, ki ga je razvil nemški fizik Paul Drude leta 1900. Zaradi tega ima Ohmov zakon veliko oblik, kot je tako imenovani Ohmov zakon v diferencialni obliki.
Druge oblike Ohmovega zakona
Ohmov zakon v diferencialni obliki je izjemno pomemben koncept v elektrotehniki/elektronski tehniki, ker opisuje tako napetost kot upor. Vse to je med seboj povezano na makroskopski ravni. Pri preučevanju električnih lastnosti na makro- ali mikroskopski ravni se uporablja bolj sorodna enačba, ki jo lahko imenujemo "Ohmova enačba", ki ima spremenljivke, ki so tesno povezane s skalarnimi spremenljivkami V, I in R Ohmovega zakona, vendar so stalna funkcija položaja vraziskovalec.
Učinek magnetizma
Če je prisotno zunanje magnetno polje (B) in vodnik ne miruje, ampak se giblje s hitrostjo V, je treba dodati dodatno spremenljivko, da se upošteva tok, ki ga povzroča Lorentzova sila na naboj nosilci. Imenuje se tudi Ohmov zakon integralne oblike:
J=σ (E + vB).
V okvirju mirovanja premikajočega se prevodnika je ta izraz izpuščen, ker je V=0. Ni upora, ker je električno polje v okvirju mirovanja drugačno od E-polja v laboratorijskem okvirju: E'=E + v × B. Električno in magnetno polje sta relativna. Če je J (tok) spremenljiv, ker se uporabljena napetost ali E-polje spreminja s časom, je treba upornosti dodati reaktanco, da se upošteva samoindukcija. Reaktanca je lahko močna, če je frekvenca visoka ali je vodnik navit.
