Oma likums ir elektrisko ķēžu pamatlikums. Tajā pašā laikā tas ļauj mums izskaidrot daudzas dabas parādības. Piemēram, var saprast, kāpēc elektrība "nepārspēj" putnus, kas sēž uz vadiem. Fizikai Ohma likumam ir ārkārtīgi liela nozīme. Bez viņa ziņas nebūtu iespējams izveidot stabilas elektriskās ķēdes vai arī elektronikas nebūtu vispār.
Atkarība I=I(U) un tās vērtība
Materiālu pretestības atklāšanas vēsture ir tieši saistīta ar strāvas-sprieguma raksturlielumu. Kas tas ir? Ņemsim ķēdi ar pastāvīgu elektrisko strāvu un apsvērsim jebkuru tās elementu: lampu, gāzes cauruli, metāla vadītāju, elektrolīta kolbu utt.
Mainot spriegumu U (bieži dēvēts par V), kas tiek piegādāts attiecīgajam elementam, mēs izsekosim caur to plūstošās strāvas stipruma (I) izmaiņām. Rezultātā mēs iegūsim formas I \u003d I (U) atkarību, ko sauc par "elementa sprieguma raksturlielumu" un ir tiešs tā rādītājs.elektriskās īpašības.
V/A raksturlielums dažādiem elementiem var izskatīties atšķirīgi. Tā vienkāršāko formu iegūst, ņemot vērā metāla vadītāju, ko veica Georgs Omas (1789 - 1854).
Voltu ampēru raksturlielums ir lineāra attiecība. Tāpēc tā grafiks ir taisna līnija.
Likums tā vienkāršākajā formā
Ohm pētījums par vadītāju strāvas-sprieguma raksturlielumiem parādīja, ka strāvas stiprums metāla vadītāja iekšpusē ir proporcionāls potenciāla starpībai tā galos (I ~ U) un apgriezti proporcionāls noteiktam koeficientam, tas ir, I ~ 1/R. Šis koeficients kļuva pazīstams kā "vadītāja pretestība", un elektriskās pretestības mērvienība bija omi vai V/A.
Vēl viena lieta, kas jāņem vērā. Oma likumu bieži izmanto, lai aprēķinātu pretestību ķēdēs.
Tiesību formulējums
Oma likums saka, ka strāvas stiprums (I) vienā ķēdes posmā ir proporcionāls spriegumam šajā sadaļā un apgriezti proporcionāls tā pretestībai.
Jāatzīmē, ka šādā formā likums paliek spēkā tikai uz viendabīgu ķēdes posmu. Homogēna ir tā elektriskās ķēdes daļa, kurā nav strāvas avota. Kā izmantot Ohma likumu neviendabīgā shēmā, tiks apspriests tālāk.
Vēlāk eksperimentāli tika noskaidrots, ka risinājums paliek spēkā likumselektrolīti elektriskā ķēdē.
Pretestības fiziskā nozīme
Pretestība ir materiālu, vielu vai vides īpašība novērst elektriskās strāvas pāreju. Kvantitatīvi 1 oma pretestība nozīmē, ka vadītājā, kura galos ir spriegums 1 V, var iziet 1 A elektriskā strāva.
Elektriskā pretestība
Eksperimentāli tika konstatēts, ka vadītāja elektriskās strāvas pretestība ir atkarīga no tā izmēriem: garuma, platuma, augstuma. Un arī pēc tās formas (sfēra, cilindrs) un materiāla, no kura tas izgatavots. Tādējādi, piemēram, viendabīga cilindriska vadītāja pretestības formula būs: R \u003d pl / S.
Ja šajā formulā ieliekam s=1 m2 un l=1 m, tad R būs skaitliski vienāds ar p. No šejienes tiek aprēķināta vadītāja pretestības koeficienta mērvienība SI - tas ir Ohmm.
Pretestības formulā p ir pretestības koeficients, ko nosaka tā materiāla ķīmiskās īpašības, no kura izgatavots vadītājs.
Lai apsvērtu Ohma likuma diferenciālo formu, mums jāapsver vēl daži jēdzieni.
Strāvas blīvums
Kā jūs zināt, elektriskā strāva ir stingri noteikta visu uzlādētu daļiņu kustība. Piemēram, metālos strāvas nesēji ir elektroni, bet vadošās gāzēs - joni.
Ņemiet vērā triviālo gadījumu, kad visi pašreizējie operatoriviendabīgs - metāla vadītājs. Izcelsim šajā vadītājā bezgalīgi mazu tilpumu un ar u apzīmēsim elektronu vidējo (drift, sakārtoto) ātrumu dotajā tilpumā. Turklāt ar n apzīmēsim strāvas nesēju koncentrāciju tilpuma vienībā.
Tagad uzzīmēsim bezgalīgi mazu laukumu dS, kas ir perpendikulārs vektoram u, un pa ātrumu konstruēsim bezgalīgi mazu cilindru ar augstumu udt, kur dt apzīmē laiku, kurā šķērsos visi aplūkotajā tilpumā esošie strāvas ātruma nesēji caur apgabalu dS.
Šajā gadījumā lādiņš, kas vienāds ar q=neudSdt, tiks pārnests ar elektronu starpniecību caur apgabalu, kur e ir elektronu lādiņš. Tādējādi elektriskās strāvas blīvums ir vektors j=neu, kas apzīmē lādiņa daudzumu, kas tiek pārnests laika vienībā caur laukuma vienību.
Viena no Ohma likuma diferenciālās definīcijas priekšrocībām ir tāda, ka bieži var iztikt, nerēķinot pretestību.
Elektrības lādiņš. Elektriskā lauka stiprums
Lauka stiprums kopā ar elektrisko lādiņu ir elektroenerģijas teorijas pamatparametrs. Tajā pašā laikā kvantitatīvu priekšstatu par tiem var iegūt no vienkāršiem eksperimentiem, kas pieejami skolēniem.
Vienkāršības labad mēs apsvērsim elektrostatisko lauku. Tas ir elektriskais lauks, kas laika gaitā nemainās. Šādu lauku var radīt stacionāri elektriskie lādiņi.
Mūsu vajadzībām ir nepieciešama arī pārbaudes maksa. Tā kā mēs izmantosim uzlādētu korpusu - tik mazu, ka tas nav spējīgs izraisītjebkādi traucējumi (lādiņu pārdale) apkārtējos objektos.
Aplūkosim pēc kārtas divus testa lādiņus, kas pēc kārtas novietoti vienā kosmosa punktā, kas atrodas elektrostatiskā lauka ietekmē. Izrādās, ka apsūdzības tiks pakļautas laika nemainīgai ietekmei no viņa puses. Lai F1 un F2 ir spēki, kas iedarbojas uz lādiņiem.
Eksperimentālo datu vispārināšanas rezultātā tika konstatēts, ka spēki F1 un F2 ir vērsti vai nu vienā, vai pretējos virzienos, un to attiecība F1/F2 nav atkarīga no telpas punkta, kurā pārmaiņus tika novietoti testa lādiņi. Tāpēc attiecība F1/F2 ir pašu lādiņu īpašība un nav atkarīga no lauka.
Šī fakta atklāšana ļāva raksturot ķermeņu elektrizēšanos, un vēlāk to sauca par elektrisko lādiņu. Tādējādi pēc definīcijas iznāk q1/q2=F1/F 2 , kur q1 un q2 - vienā lauka punktā ievietoto maksu summa, un F 1 un F2 - spēki, kas iedarbojas uz lādiņiem no lauka malas.
No šādiem apsvērumiem eksperimentāli tika noteikts dažādu daļiņu lādiņu lielums. Nosacīti iestatot vienu no testa uzlādes koeficientiem vienādu ar vienu, jūs varat aprēķināt otras maksas vērtību, izmērot attiecību F1/F2.
Jebkuru elektrisko lauku var raksturot ar zināmu lādiņu. Tādējādi spēku, kas iedarbojas uz vienības testa lādiņu miera stāvoklī, sauc par elektriskā lauka stiprumu un apzīmē ar E. No lādiņa definīcijas iegūstam, ka stipruma vektoram ir šāda forma: E=F/q.
Vektoru j un E savienojums. Vēl viena Ohma likuma forma
Viendabīgā vadītājā lādētu daļiņu sakārtotā kustība notiks vektora E virzienā. Tas nozīmē, ka vektori j un E būs vienā virzienā. Tāpat kā strāvas blīvuma noteikšanā, vadītājā izvēlamies bezgalīgi mazu cilindrisku tilpumu. Tad caur šī cilindra šķērsgriezumu izies strāva, kas vienāda ar jdS, un cilindram pievadītais spriegums būs vienāds ar Edl. Ir zināma arī cilindra pretestības formula.
Tad, rakstot strāvas stipruma formulu divos veidos, iegūstam: j=E/p, kur vērtību 1/p sauc par elektrisko vadītspēju un tā ir elektriskās pretestības apgrieztā vērtība. To parasti apzīmē ar σ (sigma) vai λ (lambda). Vadītspējas mērvienība ir Sm/m, kur Sm ir Siemens. Mērvienība apgriezta omā.
Tādējādi mēs varam atbildēt uz iepriekš uzdoto jautājumu par Oma likumu neviendabīgai ķēdei. Šajā gadījumā strāvas nesējus ietekmēs spēks no elektrostatiskā lauka, ko raksturo intensitāte E1, un citi spēki, kas uz tiem iedarbojas no cita strāvas avota, kas var būt apzīmēts ar E 2. Tad uz to attiecās Oma likumsneviendabīgs ķēdes posms izskatīsies šādi: j=λ(E1 + E2).
Vairāk par vadītspēju un pretestību
Vadītāja spēju vadīt elektrisko strāvu raksturo tā pretestība, ko var noskaidrot, izmantojot pretestības formulu jeb vadītspēju, ko aprēķina kā vadītspējas apgriezto vērtību. Šo parametru vērtību nosaka gan vadītāja materiāla ķīmiskās īpašības, gan ārējie apstākļi. Jo īpaši apkārtējās vides temperatūra.
Lielākajai daļai metālu pretestība normālā temperatūrā ir tai proporcionāla, tas ir, p ~ T. Tomēr novirzes tiek novērotas zemā temperatūrā. Lielam skaitam metālu un sakausējumu temperatūrā, kas ir tuvu 0°K, pretestības aprēķins uzrādīja nulles vērtības. Šo parādību sauc par supravadītspēju. Piemēram, dzīvsudrabam, alvai, svinam, alumīnijam utt.. Katram metālam ir sava kritiskā temperatūra Tk, pie kuras tiek novērota supravadītspējas parādība.
Ņemiet vērā arī to, ka cilindra pretestības definīciju var vispārināt attiecībā uz vadiem, kas izgatavoti no tā paša materiāla. Šajā gadījumā šķērsgriezuma laukums no pretestības formulas būs vienāds ar stieples šķērsgriezumu, bet l - tā garums.
