חוק אוהם: הקשר בין מתח הנוכחי שנחשף

חוק אוהם הוא כלל מפתח לניתוח מעגלי חשמל, המתאר את הקשר בין שלושה כמויות פיזיקליות מרכזיות: מתח, זרם והתנגדות. הוא מייצג כי הזרם הוא פרופורציונלי למתח על פני שתי נקודות, כאשר קבוע המידתיות הוא ההתנגדות.

הקשר המוגדר בחוקיו של אוהם מתבטא בדרך כלל בשלוש צורות שוות ערך:

אני = V / ר
ר = V / אני
V = IR

כאשר המשתנים הללו מוגדרים על פני מוליך בין שתי נקודות בדרך הבאה:

• אני מייצג את זרם חשמלי, ביחידות אמפר.
• V מייצג את מתח נמדד לאורך המוליך בוולט, ו
• ר מייצג את ההתנגדות של המוליך באוהם.

אחת הדרכים לחשוב על זה באופן רעיוני היא שכזרם, אני, זורם על פני נגדי (או אפילו על פני מוליך לא מושלם, שיש לו התנגדות מסוימת), רואז הזרם מאבד אנרגיה. על כן האנרגיה לפני שהיא חוצה את המוליך תהיה גבוהה יותר מהאנרגיה לאחר שהיא חוצה את המוליך, וההבדל הזה בחשמל מיוצג בהבדל המתח, V, מעבר למוליך.

ניתן למדוד את הפרש המתח והזרם בין שתי נקודות, מה שאומר שהתנגדות עצמה היא כמות נגזרת שלא ניתן למדוד ישירות בניסוי. עם זאת, כאשר אנו מכניסים אלמנט כלשהו למעגל שיש לו ערך התנגדות ידוע, אתם כן מסוגל להשתמש בהתנגדות זו יחד עם מתח או זרם מדוד כדי לזהות את הלא נודע האחר כמות.

הפיזיקאי והמתמטיקאי הגרמני גאורג סימון אוהם (16 במרץ 1789 - 6 ביולי 1854 C.E.) ניהל מחקר בחשמל בשנת 1826 ו- 1827, ופרסם את התוצאות שנודעו כחוק אוהם בשנת 1827. הוא הצליח למדוד את הזרם באמצעות גלוונומטר, וניסה כמה מערכות הגדרה שונות כדי לקבוע את הפרש המתח שלו. הראשונה הייתה ערימה וולטאית, בדומה לסוללות המקוריות שנוצרו בשנת 1800 על ידי אלסנדרו וולטה.

בחיפוש אחר מקור מתח יציב יותר, הוא עבר מאוחר יותר לצמדים תרמיים היוצרים הפרש מתח המבוסס על הפרש טמפרטורה. מה שהוא מדד באופן ישיר הוא שהזרם פרופורציונלי להבדל הטמפרטורה בין שני הצמתים החשמליים, אך מכיוון שהבדל המתח היה קשור ישירות לטמפרטורה, פירוש הדבר שהזרם היה פרופורציונלי למתח הבדל.

במילים פשוטות, אם הכפלת את הפרש הטמפרטורה, הכפילת את המתח וגם הכפילה את הזרם. (בהנחה, כמובן, שהצמד התרמי שלך לא נמס או משהו. ישנם גבולות מעשיים שבהם הדבר יתפרק.)

אוהם לא היה הראשון לחקור קשרים מסוג זה, למרות פרסום ראשון. עבודתו הקודמת של המדען הבריטי הנרי קוונדיש (10 באוקטובר 1731 - 24 בפברואר 1810 C.E.) 1780 של המאה ה -20 הביאו לו הערות בכתבי העת שלו שנראו כאילו הם מעידים על כך מערכת יחסים. מבלי שזו תפורסם או תועבר בדרך אחרת למדענים אחרים מימיו, תוצאותיו של קוונדיש לא היו ידועות והשאירו את אוהם לפתיחת התגלית. זו הסיבה שמאמר זה אינו זכאי לחוק של Cavendish. תוצאות אלה פורסמו מאוחר יותר בשנת 1879 על ידי ג'יימס קלקר מקסוולאבל בשלב זה האשראי כבר נקבע עבור אוהם.

דרך נוספת לייצג את חוק אוהם פותחה על ידי גוסטב קירכהוף (מ- חוקי קירשוף תהילה), ולובשת צורה של:

ג = σה

היכן שמשתנים אלה מיועדים ל:

• ג מייצג את צפיפות הזרם (או זרם חשמלי ליחידת שטח חתך) של החומר. זהו כמות וקטורית המייצגת ערך בשדה וקטורי, כלומר היא מכילה גם גודל וגם כיוון.
• sigma מייצג את המוליכות של החומר, התלוי בתכונות הפיזיקליות של החומר האינדיבידואלי. המוליכות היא הדדיות של ההתנגדות של החומר.
• ה מייצג את השדה החשמלי במיקום זה. זהו גם שדה וקטורי.

הניסוח המקורי של חוק אוהם הוא בעצם מודל אידיאלי, שלא לוקח בחשבון את הווריאציות הגופניות האישיות בתוך החוטים או את השדה החשמלי הנע דרכו. עבור מרבית יישומי המעגלים הבסיסיים, הפישוט הזה הוא בסדר גמור, אבל כשנכנסים לפרטים נוספים, או עובדים עם אלמנטים במעגלים מדויקים יותר, יתכן שהוא חשוב לקחת בחשבון כיצד היחסים הנוכחיים שונים בחלקים שונים של החומר, וכאן נכנסת הגרסה הכללית יותר של המשוואה לשחק.