Legea lui Ohm: relația curent-tensiune dezvăluită

Legea lui Ohm este o regulă cheie pentru analiza circuitelor electrice, care descrie relația dintre trei cantități fizice cheie: tensiune, curent și rezistență. Reprezintă faptul că curentul este proporțional cu tensiunea în două puncte, constanta de proporționalitate fiind rezistența.

Relația definită de legea lui Ohm este exprimată în general sub trei forme echivalente:

eu = V / R
R = V / eu
V = IR

cu aceste variabile definite pe un conductor între două puncte în felul următor:

• eu reprezintă curent electric, în unități de amperi.
• V reprezintă Voltaj măsurat pe conductor în volți și
• R reprezintă rezistența conductorului în ohmi.

O modalitate de a gândi acest aspect conceptual este aceea ca curent, eu, curge printr-un rezistor (sau chiar peste un conductor non-perfect, care are o anumită rezistență), R, atunci curentul pierde energie. Prin urmare, energia înainte de a traversa conductorul va fi mai mare decât cea după ce traversează conductorul, iar această diferență de electricitate este reprezentată în diferența de tensiune, V, peste conductor.

Diferența de tensiune și curentul dintre două puncte pot fi măsurate, ceea ce înseamnă că rezistența în sine este o cantitate derivată care nu poate fi măsurată direct experimental. Cu toate acestea, când introducem un element într-un circuit care are o valoare de rezistență cunoscută, atunci sunteți capabil să utilizeze această rezistență împreună cu o tensiune sau un curent măsurate pentru a identifica celălalt necunoscut cantitate.

Fizicianul și matematicianul german Georg Simon Ohm (16 martie 1789 - 6 iulie 1854 C.E.) a condus cercetare în domeniul energiei electrice în 1826 și 1827, publicând rezultatele care au devenit cunoscute drept Legea lui Ohm în 1827. El a fost capabil să măsoare curentul cu un galvanometru și a încercat câteva setări diferite pentru a-și stabili diferența de tensiune. Prima a fost o grămadă voltaică, similară cu bateriile originale create în 1800 de Alessandro Volta.

În căutarea unei surse de tensiune mai stabile, el a trecut mai târziu la termocuple, care creează o diferență de tensiune bazată pe o diferență de temperatură. Ceea ce a măsurat în mod direct a fost că curentul era proporțional cu diferența de temperatură dintre cele două îmbinări electrice, dar, deoarece diferența de tensiune a fost direct legată de temperatură, acest lucru înseamnă că curentul a fost proporțional cu tensiunea diferență.

În termeni simpli, dacă ați dublat diferența de temperatură, ați dublat tensiunea și de asemenea a dublat curentul. (Presupunând, desigur, că termocupla nu se topește sau ceva similar. Există limite practice în care acest lucru s-ar descompune.)

Ohm nu a fost de fapt primul care a investigat acest tip de relații, în ciuda publicării primului. Lucrări anterioare ale omului de știință britanic Henry Cavendish (10 octombrie 1731 - 24 februarie 1810 C.E.) în Republica Moldova Anii 1780 au determinat ca el să facă comentarii în jurnalele sale care păreau să indice același lucru relaţie. Fără ca acest lucru să fie publicat sau altfel comunicat altor oameni de știință din vremea sa, rezultatele lui Cavendish nu au fost cunoscute, lăsând deschiderea lui Ohm pentru a face descoperirea. De aceea, acest articol nu se numește Legea lui Cavendish. Aceste rezultate au fost publicate ulterior în 1879 de James Clerk Maxwell, dar până la acel moment, creditul era deja stabilit pentru Ohm.

Un alt mod de a reprezenta Legea lui Ohm a fost dezvoltat de Gustav Kirchhoff (din Legile lui Kirchoff faimă) și ia forma:

J = σE

unde stau aceste variabile:

• J reprezintă densitatea de curent (sau curent electric pe unitate de secțiune transversală) a materialului. Aceasta este o cantitate vectorială reprezentând o valoare într-un câmp vectorial, adică conține atât o mărime cât și o direcție.
• Sigma reprezintă conductivitatea materialului, care depinde de proprietățile fizice ale materialului individual. Conductivitatea este reciproca rezistivității materialului.
• E reprezintă câmpul electric din acea locație. Este, de asemenea, un câmp vectorial.

Formularea inițială a Legii lui Ohm este practic o model idealizat, care nu ține cont de variațiile fizice individuale din firele sau câmpul electric care se deplasează prin acesta. Pentru majoritatea aplicațiilor de bază de circuit, această simplificare este perfectă, dar atunci când intrăm mai în detaliu sau lucrăm cu elemente de circuit mai precise, poate fi important să luăm în considerare modul în care relația actuală este diferită în diferite părți ale materialului și de aici intră această versiune mai generală a ecuației Joaca.