Legea lui Ohm este o declarație despre proporționalitatea puterii actuale în conductorul tensiunii aplicate.
Legea lui Ohm este valabilă pentru metale și semiconductori care nu au prea multe solicitări aplicate. Dacă legea Ohm este valabilă pentru elementul circuitului electric, atunci se spune că acest element are o caracteristică liniară de tensiune-curent.
1. Natura fizică a legii
Legea lui Ohm este valabilă pentru dirijorii din materiale care au încărcătoare gratuite. electronii de conducere. găuri sau ioni.În cazul în care astfel de conductoare sunt aplicate cu o tensiune, un câmp electric apare în conductori, cauzând suporturile de încărcare pentru a se deplasa. În timpul acestei mișcări, purtătorii de încărcare accelerează și măresc energia lor cinetică. Cu toate acestea, creșterea energiei purtătorilor de sarcină este limitată de coliziuni între ele, cu deplasarea de la pozițiile de echilibru datorită mișcării termice a atomilor din material, cu impurități. În astfel de coliziuni, energia cinetică excesivă a purtătorilor actuali este transferată la vibrațiile rețelei cristaline. în picioare sub formă de căldură.
În medie, suporturile de încărcare au o viteză determinată de frecvența de coliziune. Caracteristica matematică a acestor coliziuni este timpul de împrăștiere și calea medie liberă a purtătorilor de sarcină este legată de aceasta. Calculele arată că viteza medie a purtătorilor de sarcină este proporțională cu câmpul electric aplicat și, prin urmare, cu tensiunea.
În câmpurile electrice puternice, legea lui Ohm nu este adesea satisfăcută nici pentru conductorii buni, deoarece imaginea fizică a împrăștierii purtătorilor de sarcină variază. Un purtător de încărcătură care este dispersat la viteză mare poate ioniza un atom neutru, generând noi purtători de sarcină, care, la rândul lor, contribuie la curentul electric. Curentul electric puternic, uneori avalanșic, crește.
În unele materiale la temperaturi scăzute, procesele de împrăștiere a purtătorilor de sarcină sunt stinse datorită interacțiunii speciale dintre ele și vibrațiilor fono-fononilor de cristal. În acest caz, apare fenomenul supraconductibilității
2. Formularea matematică
În ingineria electrică se obișnuiește să se scrie legea lui Ohm în formă integrală
unde U - tensiunea aplicată, I - rezistența curentului, R - rezistența conductorului.
Cu toate acestea, rezistența este o caracteristică a conductorului, nu a materialului, și depinde de lungimea și secțiunea transversală a conductorului. Prin urmare, în fizică, legea lui Ohm se aplică într-o formă diferențiată:
Conductivitatea specifică depinde de numărul de suporturi de încărcare gratuită din conductor și de mobilitatea acestora.
3. Echivalențele a două forme de înregistrare
Diferența de potențial (tensiune) la capetele unui conductor cu o lungime de intensitate constantă a câmpului electric este
Dacă conductorul are o secțiune transversală S, atunci rezistența curentului în el este legată de densitatea curentului de formula:
.
Bazat pe legea lui Ohm sub forma
și înlocuind valorile lui u. Obținem ecuația
.
.
unde rezistența este determinată prin conductivitatea formulei
.
Aici - rezistență specifică.
4. Alimentare AC
În cazul curentului alternativ, legea lui Ohm poate fi extinsă prin includerea elementelor circuitului electric. care sunt caracterizate prin capacitate și inductanță. Curentul alternativ trece prin condensator, înaintea tensiunii de fază. În inductanță, curentul alternativ rămâne în fază de la tensiune. Cu toate acestea, în ambele cazuri, amplitudinea curentului alternativ este proporțională cu amplitudinea tensiunii alternante aplicate. Matematic, acest lucru poate fi descris prin introducerea suporturilor complexe (impedanță).
Atunci putem scrie
unde U este amplitudinea tensiunii alternante, I este amplitudinea curentului alternativ, iar Z este impedanța.
5. Legea lui Ohm pentru lanțul complet
În cercul complet, pe lângă rezistența de sarcină, există și o sursă de alimentare. care are propria rezistență internă. Puterea curentă în acesta este determinată de formula
unde este forța electromotoare. - Rezistența la încărcare, - Rezistența internă a sursei de curent.
6. Istoria descoperirii
Georg Om conducea un studiu al fluxului curent în circuitul electric la începutul secolului al XIX-lea. Pe calea stabilirii legii, a trebuit să depășească multe obstacole. Pentru a efectua cercetări și pentru a stabili regularitatea, a fost necesar să existe instrumente de măsurare, surse curente cu proprietăți standard, conductorii standard nu s-ar schimba în timp. Toate acestea trebuiau create sau îmbunătățite.
Era bine cunoscut faptul că acțiunea magnetică a unui curent se schimbă atunci când elementele unui cerc închis se schimbă: surse de curent electric și conductori care leagă polii sursei. Există o regularitate care corelează acțiunea magnetică a unui curent cu valorile care caracterizează elementele unui cerc închis? Probabil, această întrebare a apărut printre mulți cercetători.
Este ușor să vă imaginați atmosfera în care a început căutarea senzațiilor intuitive de regularitate. Conceptul de tensiune. tensiune padinnnya. CEM nu a fost formulat încă. Du-te la mecanismul de acțiune al celulelor electrochimice, relație ciudată de forțe electrostatice și forțele care rezultă din fluxul de curent, în cele din urmă știe ce se deplasează de energie electrică și energie electrică singur. Omul, de exemplu, cheamă în primele sale lucrări curent electric "contact electric".
Omul era ghidat de următoarea idee. Dacă peste un conductor prin care trece curentul, atârnat pe fir elastic un ac magnetic, unghiul de rotație al săgeții dau informații despre curent, mai precis despre modificările sale cu variații în elementele unui cerc închis. Omul sa întors la ideea de Coulomb și a construit un echilibru de torsiune. Acul magnetic sa dovedit a fi un galvanometru precis și sensibil.
Omul nu a înțeles încă valoarea rezistenței interne a sursei curente. Volt pol, cu care a experimentat, a avut o rezistență internă, depășea cu mult exteriorul. Pentru a obține suficiente pentru a estima abaterea acului „galvanometru“ desigur necesar pentru a minimiza rezistența circuitului exterior, care este determinat sârmă de metal lungime, în esență scurt. Este clar că într-o astfel de situație, precizia stabilirii dependenței puterii actuale de rezistența conductorilor metalici a fost insuficientă. În plus, rezistența internă a coloanei voltaice a fost departe de a fi constantă.
Desigur, trebuie surprins faptul că modelul situației descrise a fost obținut corect, cel puțin în prima aproximare. Cu toate acestea, înainte de stabilirea legii, era încă departe.
Succesul experimentelor ulterioare realizate de Ohm a decis descoperirea termoelectricității. Fizicianul german Thomas Johann Seebeck (1770 - 1831) a participat la o mare discuție între suporterii teoriilor chimice și ale contactului. Țările în curs de dezvoltare Volta. că EMF apare atunci când o substanță se conectează, indiferent de prezența unui reactiv chimic și caută dovezi.
În 1822, Seebeck a făcut o spirală de bandă de cupru, în interiorul căreia a fixat o busolă. Era un galvanometru modern cu rezistență internă mică. Capetele spiralei au fost atașate la diferite plăci metalice. Când discul de bismut a fost luat și pus pe un fir de cupru, acul magnetic sa răsturnat. Efectul nu a fost dacă discul nu a fost luat manual, ci cu ajutorul unui obiect care avea temperatura camerei.
În cele din urmă Seebeck a aflat că efectul este proporțional cu diferența de temperatură dintre cele două contacte.
Unul dintre cei mai importanți factori a fost descoperirea că o sursă a apărut în mâinile experimentaliștilor, emf. care ar putea fi reglementate fără probleme și menținute constant.
Omul a folosit termocuplul bismut-cupru. o intersecție a fost plasată în gheață. cealaltă în apă clocotită. Sensibilitatea galvanometrului a trebuit să fie sporită, bineînțeles. Procesul de măsurare a fost următorul: 8 conductori experimentali au fost alternați alternativ într-un cerc. În fiecare caz, s-a înregistrat deflecția acului magnetic. Rezultatul experimentului Om a exprimat formula:
. unde- X este puterea acțiunii magnetice a conductorului,
- a este constanta determinata de emf. termocuplu
- x este lungimea conductorului.
- b este o constantă care determină conductivitatea întregului cerc.
Acesta a fost al doilea pas. Aici nu avem încă conceptele uzuale ale forței actuale, emf. rezistență internă, externă. Ei trec treptat în jur.
Într-un document ulterior (1826) introduce conceptul de Ohm „forță elektroskopichnoi“, utilizează conceptul de curent și scrie legea este deja sub forma unei secțiuni de lanț, care este foarte aproape de modern:
. unde- X este amperajul,
- k este conductivitatea,
- w este secțiunea transversală a conductorului,
- a este forța electroscopică,
- l este lungimea conductorului.
În ciuda datelor experimentale convingătoare și a bazelor teoretice clare, legea lui Ohm a rămas aproape necunoscută de aproape zece ani. Este suficient să spunem, de asemenea, Faraday avea cunoștință de existența legii, în care descrie experiențele pe care le avea să se refere la transferul de date al elementelor cerc: numărul de plăci în baterii, dimensiunea lor, compoziția electrolitului. lungimea, diametrul și materialul firului.
Omov, de mult timp fără succes, a trebuit să demonstreze oamenilor de știință locali că le-a dezvăluit un adevăr important. A fost mult mai dificil să introducem legea în fizică decât să o deschidem. Și acest lucru este natural. În acel moment, gândirea fizică nu era încă pregătită să accepte un model general (mai ales din mâinile unui profesor provincial).
Verificarea legii lui Ohm a durat aproape întregul secol al XIX-lea. În 1876, un comitet special al Asociației Britanice a efectuat un control precis, indicat de Maxwell. Valabilitatea legii lui Ohm pentru conductorii lichizi a fost confirmată de Kohn, Fitzgerald și Trowton.
- Legea lui Ohm pentru un circuit magnetic
- Legea lui Ohm pentru cercul termic
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: