Ligji i Ohm-it është ligji bazë i qarqeve elektrike. Në të njëjtën kohë, na lejon të shpjegojmë shumë dukuri natyrore. Për shembull, mund të kuptohet pse energjia elektrike nuk "rreh" zogjtë që ulen në tela. Për fizikën, ligji i Ohmit është jashtëzakonisht i rëndësishëm. Pa dijeninë e tij, do të ishte e pamundur të krijoheshin qarqe elektrike të qëndrueshme ose nuk do të kishte fare elektronikë.
Varësia I=I(U) dhe vlera e saj
Historia e zbulimit të rezistencës së materialeve lidhet drejtpërdrejt me karakteristikën e tensionit aktual. Cfare eshte? Le të marrim një qark me një rrymë elektrike konstante dhe të marrim parasysh cilindo element të tij: një llambë, një tub gazi, një përcjellës metalik, një balonë elektrolite, etj.
Ndryshimi i tensionit U (shpesh i referuar si V) i furnizuar me elementin në fjalë, ne do të gjurmojmë ndryshimin në fuqinë e rrymës (I) që kalon nëpër të. Si rezultat, do të marrim një varësi të formës I \u003d I (U), e cila quhet "karakteristika e tensionit të elementit" dhe është një tregues i drejtpërdrejtë i tijvetitë elektrike.
Karakteristika V/A mund të duket e ndryshme për elementë të ndryshëm. Forma e tij më e thjeshtë është marrë duke marrë parasysh një përcjellës metalik, të cilin e ka bërë Georg Ohm (1789 - 1854).
Karakteristika volt-amper është një marrëdhënie lineare. Prandaj, grafiku i tij është një vijë e drejtë.
Ligji në formën e tij më të thjeshtë
Hulumtimi Ohm mbi karakteristikat e tensionit aktual të përcjellësve tregoi se forca aktuale brenda një përcjellësi metalik është proporcionale me ndryshimin e mundshëm në skajet e tij (I ~ U) dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me një koeficient të caktuar, domethënë I. ~ 1/R. Ky koeficient u bë i njohur si "rezistenca e përcjellësit" dhe njësia e matjes së rezistencës elektrike ishte Ohm ose V/A.
Një gjë tjetër për t'u theksuar. Ligji i Ohmit përdoret shpesh për të llogaritur rezistencën në qarqe.
Formulimi i ligjit
Ligji i Ohmit thotë se forca aktuale (I) e një seksioni të vetëm të qarkut është proporcionale me tensionin në këtë seksion dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e tij.
Duhet theksuar se në këtë formë ligji mbetet i vërtetë vetëm për një seksion homogjen të zinxhirit. Homogjene është ajo pjesë e qarkut elektrik që nuk përmban burim rrymë. Si të përdoret ligji i Ohm-it në një qark johomogjen do të diskutohet më poshtë.
Më vonë, u vërtetua eksperimentalisht se ligji mbetet i vlefshëm për zgjidhjetelektrolitet në një qark elektrik.
Kuptimi fizik i rezistencës
Rezistenca është një veti e materialeve, substancave ose mediave për të parandaluar kalimin e rrymës elektrike. Nga pikëpamja sasiore, një rezistencë prej 1 ohm do të thotë që në një përcjellës me një tension prej 1 V në skajet e tij, mund të kalojë një rrymë elektrike prej 1 A.
Rezistenca elektrike
Eksperimentalisht, u zbulua se rezistenca e rrymës elektrike të përcjellësit varet nga dimensionet e tij: gjatësia, gjerësia, lartësia. Dhe gjithashtu në formën e saj (sferën, cilindrin) dhe materialin nga i cili është bërë. Kështu, formula për rezistencën, për shembull, të një përcjellësi cilindrik homogjen do të jetë: R \u003d pl / S.
Nëse në këtë formulë vendosim s=1 m2 dhe l=1 m, atëherë R do të jetë numerikisht i barabartë me p. Nga këtu, llogaritet njësia e masës për koeficientin e rezistencës së përcjellësit në SI - kjo është Ohmm.
Në formulën e rezistencës, p është koeficienti i rezistencës i përcaktuar nga vetitë kimike të materialit nga i cili është bërë përcjellësi.
Për të shqyrtuar formën diferenciale të ligjit të Ohm-it, duhet të shqyrtojmë disa koncepte të tjera.
Densiteti aktual
Siç e dini, rryma elektrike është një lëvizje e rregulluar rreptësisht e çdo grimce të ngarkuar. Për shembull, në metale, bartësit e rrymës janë elektronet, dhe në gazet përcjellëse, jonet.
Merrni rastin e parëndësishëm kur të gjithë operatorët aktualëhomogjen - përçues metalik. Le të veçojmë mendërisht një vëllim pafundësisht të vogël në këtë përcjellës dhe të shënojmë me u shpejtësinë mesatare (zhvilluese, të renditur) të elektroneve në vëllimin e dhënë. Më tej, le të tregojmë n përqendrimin e bartësve aktualë për njësi vëllimi.
Tani le të vizatojmë një zonë infinite të vogël dS pingul me vektorin u dhe të ndërtojmë përgjatë shpejtësisë një cilindër infinite vogël me lartësi udt, ku dt tregon kohën gjatë së cilës do të kalojnë të gjithë bartësit e shpejtësisë aktuale të përfshira në vëllimin e konsideruar. përmes zonës dS.
Në këtë rast, ngarkesa e barabartë me q=neudSdt do të transferohet nga elektronet nëpër zonën, ku e është ngarkesa e elektronit. Kështu, dendësia e rrymës elektrike është një vektor j=neu, që tregon sasinë e ngarkesës së transferuar për njësi të kohës nëpër një sipërfaqe njësi.
Një nga përfitimet e përkufizimit diferencial të Ligjit të Ohmit është se shpesh mund t'ia dalësh pa llogaritur rezistencën.
Ngarkesë elektrike. Forca e fushës elektrike
Forca e fushës së bashku me ngarkesën elektrike është një parametër themelor në teorinë e energjisë elektrike. Në të njëjtën kohë, një ide sasiore e tyre mund të merret nga eksperimentet e thjeshta të disponueshme për nxënësit e shkollës.
Për thjeshtësi, do të shqyrtojmë një fushë elektrostatike. Kjo është një fushë elektrike që nuk ndryshon me kalimin e kohës. Një fushë e tillë mund të krijohet nga ngarkesat elektrike të palëvizshme.
Gjithashtu, një tarifë testimi nevojitet për qëllimet tona. Në kapacitetin e tij ne do të përdorim një trup të ngarkuar - aq i vogël sa nuk është në gjendje të shkaktojëçdo shqetësim (rishpërndarja e ngarkesave) në objektet përreth.
Le të shqyrtojmë me radhë dy ngarkesa testuese të marra, të vendosura radhazi në një pikë të hapësirës, e cila është nën ndikimin e një fushe elektrostatike. Rezulton se akuzat do t'i nënshtrohen ndikimit të pandryshueshëm në kohë nga ana e tij. Le të jenë F1 dhe F2 forcat që veprojnë mbi akuzat.
Si rezultat i përgjithësimit të të dhënave eksperimentale, u zbulua se forcat F1 dhe F2 janë të drejtuara ose në një ose në drejtime të kundërta, dhe raporti i tyre F1/F2 është i pavarur nga pika në hapësirë ku ngarkesat testuese janë vendosur në mënyrë alternative. Prandaj, raporti F1/F2 është një karakteristikë e vetë tarifave dhe nuk varet nga fusha.
Zbulimi i këtij fakti bëri të mundur karakterizimin e elektrizimit të trupave dhe më vonë u quajt ngarkesë elektrike. Kështu, sipas përkufizimit, rezulton q1/q2=F1/F 2 , ku q1 dhe q2 - sasia e tarifave të vendosura në një pikë të fushës dhe F 1 dhe F2 - forcat që veprojnë mbi ngarkesat nga ana e fushës.
Nga konsiderata të tilla, madhësitë e ngarkesave të grimcave të ndryshme u përcaktuan në mënyrë eksperimentale. Duke vendosur me kusht një nga tarifat e provës të barabartë me një në raport, mund të llogarisni vlerën e ngarkesës tjetër duke matur raportin F1/F2.
Çdo fushë elektrike mund të karakterizohet nëpërmjet një ngarkese të njohur. Kështu, forca që vepron në një ngarkesë testuese njësi në qetësi quhet forca e fushës elektrike dhe shënohet me E. Nga përkufizimi i ngarkesës, marrim se vektori i forcës ka formën e mëposhtme: E=F/q.
Lidhja e vektorëve j dhe E. Një formë tjetër e ligjit të Ohmit
Në një përcjellës homogjen, lëvizja e renditur e grimcave të ngarkuara do të ndodhë në drejtim të vektorit E. Kjo do të thotë se vektorët j dhe E do të jenë të bashkëdrejtuar. Ashtu si në përcaktimin e densitetit të rrymës, ne zgjedhim një vëllim cilindrik pafundësisht të vogël në përcjellës. Atëherë një rrymë e barabartë me jdS do të kalojë nëpër seksionin kryq të këtij cilindri, dhe voltazhi i aplikuar në cilindër do të jetë i barabartë me Edl. Formula për rezistencën e një cilindri është gjithashtu e njohur.
Pastaj, duke shkruar formulën për forcën e rrymës në dy mënyra, marrim: j=E/p, ku vlera 1/p quhet përçueshmëri elektrike dhe është e kundërta e rezistencës elektrike. Zakonisht shënohet σ (sigma) ose λ (lambda). Njësia e përçueshmërisë është Sm/m, ku Sm është Siemens. Njësia e anasjelltë e Ohm.
Kështu, ne mund t'i përgjigjemi pyetjes së parashtruar më sipër në lidhje me ligjin e Ohm-it për një qark johomogjen. Në këtë rast, bartësit e rrymës do të ndikohen nga forca nga fusha elektrostatike, e cila karakterizohet nga intensiteti E1, dhe forcat e tjera që veprojnë mbi to nga një burim tjetër i rrymës, i cili mund të jetë caktuar E 2. Pastaj zbatohej Ligji i Ohm-itseksioni johomogjen i zinxhirit do të duket kështu: j=λ(E1 + E2).
Më shumë rreth përçueshmërisë dhe rezistencës
Aftësia e një përcjellësi për të përcjellë një rrymë elektrike karakterizohet nga rezistenca e tij, e cila mund të gjendet përmes formulës së rezistencës ose përçueshmërisë, e llogaritur si reciproke e përçueshmërisë. Vlera e këtyre parametrave përcaktohet si nga vetitë kimike të materialit përcjellës ashtu edhe nga kushtet e jashtme. Në veçanti, temperatura e ambientit.
Për shumicën e metaleve, rezistenca në temperaturë normale është proporcionale me të, domethënë p ~ T. Megjithatë, devijimet vërehen në temperatura të ulëta. Për një numër të madh metalesh dhe lidhjesh në temperatura afër 0°K, llogaritja e rezistencës tregoi vlera zero. Ky fenomen quhet superpërçueshmëri. Për shembull, merkuri, kallaji, plumbi, alumini etj.. Çdo metal ka temperaturën e tij kritike Tk, në të cilën vërehet fenomeni i superpërcjellshmërisë.
Vini re gjithashtu se përkufizimi i rezistencës së cilindrit mund të përgjithësohet në telat e bërë nga i njëjti material. Në këtë rast, zona e prerjes tërthore nga formula e rezistencës do të jetë e barabartë me seksionin kryq të telit, dhe l - gjatësia e tij.
