Oomi seadus on elektriahelate põhiseadus. Samas võimaldab see seletada paljusid loodusnähtusi. Näiteks võib aru saada, miks elekter ei "peksa" linde, kes juhtmetel istuvad. Füüsika jaoks on Ohmi seadus äärmiselt oluline. Ilma tema teadmata oleks võimatu luua stabiilseid elektriskeeme või poleks üldse elektroonikat.
Sõltuvus I=I(U) ja selle väärtus
Materjalide takistuse avastamise ajalugu on otseselt seotud voolu-pinge karakteristikuga. Mis see on? Võtame konstantse elektrivooluga vooluringi ja vaatleme selle mis tahes elemente: lamp, gaasitoru, metalljuht, elektrolüüdikolb jne.
Asjaomasele elemendile antud pinge U (mida sageli nimetatakse V) muutmisel jälgime seda läbiva voolu (I) tugevuse muutust. Selle tulemusena saame sõltuvuse vormist I \u003d I (U), mida nimetatakse "elemendi pingeomaduseks" ja mis on selle otsene näitaja.elektrilised omadused.
V/A karakteristikud võivad erinevate elementide puhul erineda. Selle lihtsaim vorm on saadud, võttes arvesse metalljuhti, mille tegi Georg Ohm (1789 - 1854).
Volt-ampri karakteristik on lineaarne suhe. Seetõttu on selle graafik sirge.
Seadus selle kõige lihtsamal kujul
Ohmi uurimus juhtide voolu-pinge karakteristikute kohta näitas, et voolutugevus metalljuhi sees on võrdeline potentsiaalide erinevusega selle otstes (I ~ U) ja pöördvõrdeline teatud koefitsiendiga, st I. ~ 1/R. Seda koefitsienti hakati nimetama "juhi takistuseks" ja elektritakistuse mõõtühikuks oli ohm või V/A.
Veel üks asi, mida tasub tähele panna. Ohmi seadust kasutatakse sageli vooluahelate takistuse arvutamiseks.
Seaduse sõnastus
Oomi seadus ütleb, et vooluahela ühe lõigu voolutugevus (I) on võrdeline pingega selles sektsioonis ja pöördvõrdeline selle takistusega.
Tuleb märkida, et sellisel kujul kehtib seadus ainult ahela homogeense lõigu kohta. Homogeenne on elektriahela see osa, mis ei sisalda vooluallikat. Ohmi seaduse kasutamist ebahomogeenses vooluringis käsitletakse allpool.
Hiljem tehti eksperimentaalselt kindlaks, et seadus jääb lahendustele kehtimaelektrolüüdid elektriahelas.
Vastupanu füüsiline tähendus
Takistus on materjalide, ainete või kandjate omadus takistada elektrivoolu läbimist. Kvantitatiivselt tähendab takistus 1 oomi seda, et juhist, mille otstes on pinge 1 V, võib läbida elektrivool 1 A.
Elektritakistus
Eksperimentaalselt leiti, et juhi elektrivoolu takistus sõltub selle mõõtmetest: pikkus, laius, kõrgus. Ja ka selle kuju (kera, silinder) ja materjali järgi, millest see on valmistatud. Seega on näiteks homogeense silindrilise juhi takistuse valem järgmine: R \u003d pl / S.
Kui paneme sellesse valemisse s=1 m2 ja l=1 m, siis on R arvuliselt võrdne p-ga. Siit arvutatakse juhi takistusteguri mõõtühik SI-s - see on Ohmm.
Takistuse valemis on p takistustegur, mis on määratud selle materjali keemiliste omadustega, millest juht on valmistatud.
Oomi seaduse diferentsiaalvormi kaalumiseks peame kaaluma veel mõnda mõistet.
Voolutihedus
Nagu teate, on elektrivool mis tahes laetud osakeste rangelt määratud liikumine. Näiteks metallides on voolukandjateks elektronid ja juhtivates gaasides ioonid.
Võtke triviaalne juhtum, kui kõik praegused operaatoridhomogeenne - metallist juht. Eraldagem mõttes selle juhi lõpmatult väike ruumala ja tähistame u-ga elektronide keskmist (triivi, järjestatud) kiirust antud ruumalas. Lisaks olgu n voolukandjate kontsentratsioon ruumalaühiku kohta.
Nüüd joonistame vektoriga u risti oleva lõpmatu väikese pindala dS ja konstrueerime piki kiirust lõpmata väikese silindri kõrgusega udt, kus dt tähistab aega, mille jooksul kõik vaadeldavas mahus sisalduvad voolukiiruse kandjad läbivad läbi piirkonna dS.
Sellisel juhul kantakse laeng, mis on võrdne q=neudSdt, elektronide poolt läbi ala, kus e on elektronide laeng. Seega on elektrivoolu tihedus vektor j=neu, mis tähistab ajaühikus läbi pindalaühiku ülekantud laengu suurust.
Üks Ohmi seaduse diferentsiaali definitsiooni eeliseid on see, et saate sageli hakkama ilma takistust arvutamata.
Elektrilaeng. Elektrivälja tugevus
Välja tugevus koos elektrilaenguga on elektriteooria põhiparameeter. Samas saab neist kvantitatiivse ettekujutuse lihtsatest koolilastele kättesaadavatest katsetest.
Lihtsuse huvides käsitleme elektrostaatilist välja. See on elektriväli, mis ajas ei muutu. Sellise välja võivad tekitada statsionaarsed elektrilaengud.
Samuti on meie eesmärkidel vaja testtasu. Selle mahus kasutame laetud korpust - nii väikest, et see ei ole võimeline tekitamamis tahes häired (laengute ümberjaotumine) ümbritsevates objektides.
Vaatleme kordamööda kahte võetud testlaengut, mis on järjestikku paigutatud ühte kosmosepunkti, mis on elektrostaatilise välja mõjul. Selgub, et süüdistustele avaldab tema poolt ajas muutumatut mõju. Olgu F1 ja F2 laengutele mõjuvad jõud.
Katseandmete üldistamise tulemusena selgus, et jõud F1 ja F2 on suunatud kas ühes või vastassuundades ja nende suhe F1/F2 ei sõltu ruumipunktist, kuhu katselaengud vaheldumisi paigutati. Seetõttu on suhe F1/F2 laengute endi omadus ega sõltu väljast.
Selle fakti avastamine võimaldas iseloomustada kehade elektriseerumist ja seda nimetati hiljem elektrilaenguks. Seega definitsiooni järgi selgub q1/q2=F1/F 2 , kus q1 ja q2 – välja ühte punkti asetatud tasude summa ja F 1 ja F2 – jõud, mis mõjuvad laengutele välja küljelt.
Selliste kaalutluste põhjal määrati eksperimentaalselt erinevate osakeste laengute suurused. Kui määrate ühe katsetasu tingimuslikult võrdseks suhtega ühega, saate teise laengu väärtuse arvutada, mõõtes suhte F1/F2.
Iga elektrivälja saab iseloomustada teadaoleva laengu kaudu. Seega ühikkatselaengule puhkeolekus mõjuvat jõudu nimetatakse elektrivälja tugevuseks ja seda tähistatakse tähega E. Laengu definitsioonist saame, et tugevusvektoril on järgmine kuju: E=F/q.
Vektorite j ja E ühendus. Ohmi seaduse teine vorm
Homogeenses juhis toimub laetud osakeste järjestatud liikumine vektori E suunas. See tähendab, et vektorid j ja E on samasuunalised. Nagu voolutiheduse määramisel, valime juhis lõpmatult väikese silindrilise ruumala. Siis läbib selle silindri ristlõike vool, mis on võrdne jdS, ja silindrile rakendatav pinge on võrdne Edl. Tuntud on ka silindri eritakistuse valem.
Siis kirjutades voolutugevuse valemi kahel viisil, saame: j=E/p, kus väärtust 1/p nimetatakse elektrijuhtivuseks ja see on elektritakistuse pöördväärtus. Tavaliselt tähistatakse seda σ (sigma) või λ (lambda). Juhtivuse ühik on Sm/m, kus Sm on Siemens. Ühik oomi pöördväärtus.
Seega saame vastata ül altoodud küsimusele Ohmi seaduse kohta ebahomogeense vooluringi jaoks. Sel juhul mõjutavad voolukandjaid elektrostaatilisest väljast tulenev jõud, mida iseloomustab intensiivsus E1, ja muud jõud, mis neile mõjuvad teisest vooluallikast, mis võib olla tähistatud E 2. Siis kehtis Ohmi seadusahela ebahomogeenne osa näeb välja selline: j=λ(E1 + E2).
Lisateavet juhtivuse ja takistuse kohta
Juhi võimet juhtida elektrivoolu iseloomustab selle eritakistus, mille saab leida läbi eritakistuse valemi ehk juhtivuse, mis arvutatakse juhtivuse pöördarvuna. Nende parameetrite väärtuse määravad nii juhi materjali keemilised omadused kui ka välistingimused. Eelkõige ümbritseva õhu temperatuur.
Enamike metallide puhul on eritakistus norma altemperatuuril sellega võrdeline, st p ~ T. Küll aga täheldatakse kõrvalekaldeid madalatel temperatuuridel. Paljude metallide ja sulamite puhul, mille temperatuur on 0 °K lähedal, näitas takistuse arvutus nullväärtusi. Seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks. Näiteks elavhõbedal, tinal, pliil, alumiiniumil jne on see omadus. Igal metallil on oma kriitiline temperatuur Tk, mille juures täheldatakse ülijuhtivuse nähtust.
Pange tähele ka seda, et silindri eritakistuse määratlust saab üldistada samast materjalist valmistatud juhtmetele. Sel juhul võrdub takistuse valemi ristlõikepindala traadi ristlõikega ja l - selle pikkus.
