Ohms lov

Denne kretsen viser en strøm, I, som går gjennom en motstand, R. På venstre side er det en spenning, V. Public Domain via Wikimedia Commons

Ohms lov er en nøkkelregel for å analysere elektriske kretser, og beskriver forholdet mellom tre viktige fysiske størrelser: spenning, strøm og motstand. Det representerer at strømmen er proporsjonal med spenningen over to punkter, med proporsjonalitetskonstanten som motstanden.

Bruker Ohms lov

Forholdet definert av Ohms lov er generelt uttrykt i tre ekvivalente former:

Jeg = I / R
R = I / Jeg
I = OG

med disse variablene definert over en leder mellom to punkter på følgende måte:

• Jeg representerer elektrisk strøm , i enheter av ampere.
• I representerer Spenning målt over lederen i volt, og
• R representerer motstanden til lederen i ohm.

En måte å tenke på dette konseptuelt er at som en strøm, Jeg , flyter over en motstand (eller til og med over en ikke-perfekt leder, som har en viss motstand), R , da mister strømmen energi. Energien før den krysser lederen vil derfor være høyere enn energien etter at den krysser lederen, og denne forskjellen i elektrisk er representert i spenningsforskjellen, I , på tvers av konduktøren.

Spenningsforskjellen og strømmen mellom to punkter kan måles, noe som betyr at motstanden i seg selv er en avledet størrelse som ikke kan måles direkte eksperimentelt. Men når vi setter inn et element i en krets som har en kjent motstandsverdi, kan du bruke den motstanden sammen med en målt spenning eller strøm for å identifisere den andre ukjente mengden.

Historien om Ohms lov

Den tyske fysikeren og matematikeren Georg Simon Ohm (16. mars 1789 – 6. juli 1854 e.Kr.) forsket på elektrisitet i 1826 og 1827, og publiserte resultatene som ble kjent som Ohms lov i 1827. Han var i stand til å måle strømmen med et galvanometer, og prøvde et par forskjellige oppsett for å fastslå spenningsforskjellen hans. Den første var en voltaisk haug, lik de originale batteriene laget i 1800 av Alessandro Volta.

På jakt etter en mer stabil spenningskilde byttet han senere til termoelementer, som skaper en spenningsforskjell basert på en temperaturforskjell. Det han faktisk målte direkte var at strømmen var proporsjonal med temperaturforskjellen mellom de to elektriske overgangene, men siden spenningsforskjellen var direkte relatert til temperaturen betyr dette at strømmen var proporsjonal med spenningsforskjellen.

Enkelt sagt, hvis du doblet temperaturforskjellen, doblet du spenningen og også strømmen. (Forutsatt selvfølgelig at termoelementet ditt ikke smelter eller noe. Det er praktiske grenser for hvor dette vil bryte ned.)

Ohm var faktisk ikke den første som undersøkte denne typen forhold, til tross for at han publiserte først. Tidligere arbeid av den britiske vitenskapsmannen Henry Cavendish (10. oktober 1731 – 24. februar 1810 e.v.t.) på 1780-tallet hadde resultert i at han kom med kommentarer i journalene sine som så ut til å indikere det samme forholdet. Uten at dette ble publisert eller på annen måte kommunisert til andre forskere på hans tid, var Cavendishs resultater ikke kjent, noe som ga åpningen for Ohm å gjøre oppdagelsen. Det er derfor denne artikkelen ikke har tittelen Cavendishs lov. Disse resultatene ble senere publisert i 1879 av James Clerk Maxwell , men på det tidspunktet var æren allerede etablert for Ohm.

Andre former for Ohms lov

En annen måte å representere Ohms lov på ble utviklet av Gustav Kirchhoff (av Kirchoffs lover berømmelse), og har form av:

J = s OG

hvor disse variablene står for:

• J representerer strømtettheten (eller elektrisk strøm per enhet av tverrsnitt) av materialet. Dette er en vektormengde som representerer en verdi i et vektorfelt, noe som betyr at den inneholder både en størrelse og en retning.
• sigma representerer ledningsevnen til materialet, som er avhengig av de fysiske egenskapene til det enkelte materialet. Konduktiviteten er den gjensidige av resistiviteten til materialet.
• OG representerer det elektriske feltet på det stedet. Det er også et vektorfelt.

Den opprinnelige formuleringen av Ohms lov er i utgangspunktet en idealisert modell , som ikke tar hensyn til de individuelle fysiske variasjonene i ledningene eller det elektriske feltet som beveger seg gjennom den. For de fleste grunnleggende kretsapplikasjoner er denne forenklingen helt grei, men når du går inn i flere detaljer, eller arbeider med mer presise kretselementer, kan det være viktig å vurdere hvordan gjeldende forhold er forskjellig innenfor ulike deler av materialet, og det er her dette mer generell versjon av ligningen kommer inn.