Định luậtÔm là định luật cơ bản của mạch điện. Đồng thời, nó cho phép chúng ta giải thích nhiều hiện tượng tự nhiên. Ví dụ, người ta có thể hiểu tại sao điện không "đánh bại" những con chim đậu trên dây điện. Đối với vật lý, định luật Ohm có ý nghĩa vô cùng to lớn. Nếu không có kiến thức của anh ấy, sẽ không thể tạo ra các mạch điện ổn định hoặc sẽ không có thiết bị điện tử nào cả.
Sự phụ thuộc I=I (U) và giá trị của nó
Lịch sử phát hiện ra điện trở của vật liệu liên quan trực tiếp đến đặc tính dòng điện-điện áp. Nó là gì? Hãy mắc một đoạn mạch có dòng điện không đổi và xem xét bất kỳ phần tử nào của nó: đèn, ống dẫn khí, dây dẫn kim loại, bình điện phân, v.v.
Thay đổi điện áp U (thường được gọi là V) cung cấp cho phần tử được đề cập, chúng tôi sẽ theo dõi sự thay đổi cường độ của dòng điện (I) đi qua nó. Kết quả là, chúng ta sẽ nhận được sự phụ thuộc của dạng I \u003d I (U), được gọi là "đặc tính điện áp của phần tử" và là chỉ số trực tiếp của nótính chất điện.
V / Một đặc tính có thể trông khác nhau đối với các phần tử khác nhau. Dạng đơn giản nhất của nó thu được bằng cách xem xét một dây dẫn kim loại, được thực hiện bởi Georg Ohm (1789 - 1854).
Đặc tính vôn-ampe là một mối quan hệ tuyến tính. Do đó, đồ thị của nó là một đường thẳng.
Luật ở dạng đơn giản nhất
Nghiên cứu củaOhm về đặc tính dòng điện của dây dẫn cho thấy cường độ dòng điện bên trong dây dẫn kim loại tỷ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai đầu của nó (I ~ U) và tỷ lệ nghịch với một hệ số nhất định, tức là I ~ 1 / R. Hệ số này được gọi là "điện trở của dây dẫn", và đơn vị đo điện trở là Ohm hoặc V / A.
Một điều nữa cần lưu ý. Định luật Ohm thường được sử dụng để tính điện trở trong mạch.
Từ ngữ luật
Định luậtOhm nói rằng cường độ dòng điện (I) của một đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp trong đoạn này và tỷ lệ nghịch với điện trở của nó.
Cần lưu ý rằng ở dạng này, luật chỉ đúng đối với một phần đồng nhất của chuỗi. Đồng chất là phần mạch điện không chứa nguồn dòng điện. Cách sử dụng định luật Ohm trong mạch không đồng nhất sẽ được thảo luận bên dưới.
Sau đó, thực nghiệm đã xác định rằng luật vẫn có giá trị cho các giải phápchất điện phân trong mạch điện.
Ý nghĩa vật lý của kháng chiến
Điện trở là một đặc tính của vật liệu, chất hoặc phương tiện để ngăn cản dòng điện đi qua. Về mặt định lượng, điện trở 1 ohm có nghĩa là trong một dây dẫn có hiệu điện thế 1 V ở hai đầu của nó, dòng điện 1 A có thể chạy qua.
Điện trở suất
Bằng thực nghiệm, người ta thấy rằng điện trở của dòng điện của vật dẫn phụ thuộc vào các kích thước: chiều dài, chiều rộng, chiều cao. Và cả về hình dạng của nó (hình cầu, hình trụ) và vật liệu tạo ra nó. Do đó, công thức cho điện trở suất của một dây dẫn hình trụ đồng nhất sẽ là: R \u003d pl / S.
Nếu trong công thức này chúng ta đặt s=1 m2và l=1 m, thì R sẽ có giá trị bằng p. Từ đây, đơn vị đo hệ số điện trở suất của dây dẫn trong SI được tính - đây là Ohmm.
Trong công thức điện trở suất, p là hệ số điện trở được xác định bởi các đặc tính hóa học của vật liệu tạo ra vật dẫn.
Để xem xét dạng vi phân của định luật Ohm, chúng ta cần xem xét thêm một số khái niệm.
Mật độ hiện tại
Như bạn đã biết, dòng điện là chuyển động có trật tự nghiêm ngặt của bất kỳ hạt mang điện nào. Ví dụ, trong kim loại, các hạt tải điện hiện tại là các electron và trong các chất khí dẫn điện là các ion.
Lấy trường hợp tầm thường khi tất cả các nhà mạng hiện tạiđồng nhất - kim loại dẫn điện. Chúng ta hãy tính nhẩm một thể tích nhỏ vô hạn trong vật dẫn này và biểu thị bằng u là vận tốc trung bình (trôi, có thứ tự) của các electron trong thể tích đã cho. Hơn nữa, hãy đặt n biểu thị nồng độ của các hạt tải điện hiện tại trên một đơn vị thể tích.
Bây giờ chúng ta hãy vẽ một vùng vô cực dS vuông góc với vectơ u và xây dựng dọc theo vận tốc một hình trụ vô cực có chiều cao udt, trong đó dt biểu thị thời gian mà tất cả các sóng mang vận tốc hiện tại có trong thể tích được coi là sẽ đi qua qua khu vực dS.
Trong trường hợp này, điện tích bằng q=neudSdt sẽ được chuyển bởi các electron qua khu vực, trong đó e là điện tích electron. Do đó, mật độ dòng điện là vectơ j=neu, biểu thị lượng điện tích được chuyển trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích.
Một trong những lợi ích của định nghĩa vi phân Định luật Ohm là bạn thường có thể nhận được mà không cần tính điện trở.
Điện tích. Cường độ điện trường
Cường độ trường cùng với điện tích là một tham số cơ bản trong lý thuyết về điện. Đồng thời, có thể thu được ý tưởng định lượng về chúng từ các thí nghiệm đơn giản dành cho học sinh.
Để đơn giản, chúng ta sẽ xem xét một trường tĩnh điện. Đây là một điện trường không thay đổi theo thời gian. Một trường như vậy có thể được tạo ra bởi các điện tích tĩnh.
Ngoài ra, chúng tôi cần tính phí kiểm tra cho các mục đích của mình. Trong khả năng của nó, chúng tôi sẽ sử dụng một cơ thể tích điện - nhỏ đến mức nó không có khả năng gây rabất kỳ sự xáo trộn nào (phân bổ lại điện tích) ở các đối tượng xung quanh.
Chúng ta hãy lần lượt xem xét hai điện tích thử nghiệm được đặt lần lượt tại một điểm trong không gian chịu tác dụng của trường tĩnh điện. Nó chỉ ra rằng các khoản phí sẽ chịu ảnh hưởng bất biến thời gian từ phía anh ta. Gọi F1và F2là lực tác dụng lên điện tích.
Kết quả của việc tổng quát hóa dữ liệu thực nghiệm, người ta thấy rằng các lực F1và F2hướng vào một hoặc ngược chiều nhau và tỷ số F1/ F2của chúng không phụ thuộc vào điểm trong không gian nơi đặt các điện tích thử nghiệm lần lượt. Do đó, tỷ lệ F1/ F2là đặc tính của chính các điện tích và không phụ thuộc vào trường.
Việc phát hiện ra sự thật này đã giúp mô tả sự nhiễm điện của các vật thể và sau này được gọi là điện tích. Do đó, theo định nghĩa, nó ra q1/ q2=F1/ F2, trong đó q1và q2- lượng điện tích được đặt tại một điểm của trường và F 1và F2- lực tác dụng lên các điện tích từ mặt bên của trường.
Từ những cân nhắc như vậy, độ lớn của điện tích của các hạt khác nhau đã được thiết lập bằng thực nghiệm. Bằng cách đặt có điều kiện một trong các phí kiểm tra bằng một trong tỷ lệ, bạn có thể tính giá trị của phí còn lại bằng cách đo tỷ lệ F1/ F2.
Bất kỳ điện trường nào cũng có thể được đặc trưng thông qua một điện tích đã biết. Như vậy, lực tác dụng lên một điện tích thử đơn vị ở trạng thái dừng được gọi là cường độ điện trường và được ký hiệu là E. Từ định nghĩa về điện tích, ta thu được vectơ cường độ có dạng sau: E=F / q.
Kết nối của vectơ j và E. Một dạng khác của định luật Ohm
Trong một vật dẫn đồng chất, chuyển động có thứ tự của các hạt mang điện sẽ xảy ra theo hướng của vectơ E. Điều này có nghĩa là vectơ j và E sẽ cùng hướng. Như khi xác định mật độ dòng điện, chúng tôi chọn một thể tích hình trụ nhỏ vô hạn trong dây dẫn. Sau đó, một dòng điện bằng jdS sẽ đi qua tiết diện của hình trụ này, và điện áp đặt vào hình trụ sẽ bằng Edl. Công thức về điện trở suất của hình trụ cũng được biết đến.
Sau đó, viết công thức cường độ dòng điện theo hai cách, ta được: j=E / p, trong đó giá trị 1 / p được gọi là độ dẫn điện và là nghịch đảo của điện trở suất. Nó thường được ký hiệu là σ (sigma) hoặc λ (lambda). Đơn vị của độ dẫn điện là Sm / m, trong đó Sm là Siemens. Nghịch đảo đơn vị của Ohm.
Như vậy, chúng ta có thể trả lời câu hỏi đặt ra ở trên về định luật Ohm đối với mạch không đồng nhất. Trong trường hợp này, các hạt tải điện hiện tại sẽ bị ảnh hưởng bởi lực từ trường tĩnh điện, được đặc trưng bởi cường độ E1, và các lực khác tác động lên chúng từ một nguồn dòng điện khác, có thể được chỉ định E2. Sau đó, Định luật Ohm được áp dụng chophần không đồng nhất của chuỗi sẽ có dạng: j=λ (E1+ E2).
Thông tin thêm về Độ dẫn và Điện trở
Khả năng dẫn dòng điện của một vật dẫn được đặc trưng bởi điện trở suất của nó, có thể được tìm thấy thông qua công thức điện trở suất, hoặc độ dẫn điện, được tính bằng nghịch đảo của độ dẫn điện. Giá trị của các thông số này được xác định cả bởi tính chất hóa học của vật liệu làm dây dẫn và các điều kiện bên ngoài. Đặc biệt, nhiệt độ môi trường xung quanh.
Đối với hầu hết các kim loại, điện trở suất ở nhiệt độ bình thường tỷ lệ thuận với nó, nghĩa là, p ~ T. Tuy nhiên, sự sai lệch được quan sát thấy ở nhiệt độ thấp. Đối với một số lượng lớn kim loại và hợp kim ở nhiệt độ gần 0 ° K, tính toán điện trở cho thấy giá trị bằng không. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng siêu dẫn. Ví dụ, thủy ngân, thiếc, chì, nhôm, … đều có tính chất này. Mỗi kim loại có nhiệt độ tới hạn riêng Tk, tại đó hiện tượng siêu dẫn quan sát được.
Cũng lưu ý rằng định nghĩa về điện trở suất của xi lanh có thể được khái quát cho các dây được làm bằng cùng một vật liệu. Trong trường hợp này, diện tích mặt cắt từ công thức điện trở suất sẽ bằng tiết diện của dây và l - chiều dài của nó.
