Ohms lov: strømspenningsforholdet avslørt

Ohms lov er en nøkkelregel for å analysere elektriske kretsløp, som beskriver forholdet mellom tre viktige fysiske mengder: spenning, strøm og motstand. Det representerer at strømmen er proporsjonal med spenningen over to punkter, og proporsjonalitetskonstanten er motstanden.

Forholdet definert av Ohms lov uttrykkes generelt i tre likeverdige former:

Jeg = V / R
R = V / Jeg
V = IR

med disse variablene definert over en leder mellom to punkter på følgende måte:

• Jeg representerer elektrisk strøm, i enheter med ampere.
• V representerer Spenning målt over lederen i volt, og
• R representerer motstanden til lederen i ohm.

En måte å tenke på dette konseptuelt er at som strøm, Jeg, flyter over en motstand (eller til og med over en ikke-perfekt leder, som har en viss motstand), R, da mister strømmen energi. Energien før den krysser lederen blir derfor høyere enn energien etter at den krysser lederen, og denne forskjellen i elektrisk er representert i spenningsdifferansen, V, på tvers av dirigenten.

Spenningsforskjellen og strømmen mellom to punkter kan måles, noe som betyr at motstanden i seg selv er en avledet mengde som ikke kan måles direkte eksperimentelt. Men når vi setter inn noe element i en krets som har en kjent motstandsverdi, er du det kunne bruke denne motstanden sammen med en målt spenning eller strøm for å identifisere den andre ukjente mengde.

Den tyske fysikeren og matematikeren Georg Simon Ohm (16. mars 1789 - 6. juli 1854 C.E.) dirigerte forskning i elektrisitet i 1826 og 1827, og publiserte resultatene som ble kjent som Ohms lov i 1827. Han var i stand til å måle strømmen med et galvanometer, og prøvde et par forskjellige oppsett for å fastslå spenningsforskjellen hans. Den første var en voltaisk haug, lik de originale batteriene som ble opprettet i 1800 av Alessandro Volta.

Når han lette etter en mer stabil spenningskilde, byttet han senere til termoelementer, som skaper en spenningsforskjell basert på en temperaturforskjell. Det han faktisk direkte målte, var at strømmen var proporsjonal med temperaturforskjellen mellom de to elektriske forbindelsene, men siden spenningsforskjellen var direkte relatert til temperaturen, betyr dette at strømmen var proporsjonal med spenningen forskjell.

Enkelt sagt, hvis du doblet temperaturforskjellen, doblet du spenningen og doblet også strømmen. (Forutsatt selvfølgelig at termoelementet ditt ikke smelter eller noe. Det er praktiske grenser hvor dette vil bryte sammen.)

Ohm var faktisk ikke den første som har undersøkt denne typen forhold, til tross for publisering først. Tidligere arbeid av den britiske forskeren Henry Cavendish (10. oktober 1731 - 24. februar 1810 C.E.) i 1780-tallet hadde ført til at han kom med kommentarer i dagbøkene hans som så ut til å indikere det samme forhold. Uten at dette ble publisert eller på annen måte blitt kommunisert til andre forskere på hans tid, var ikke Cavendishs resultater kjent, og åpnet for at Ohm kunne gjøre funnet. Derfor har ikke denne artikkelen tittelen Cavendish's Law. Disse resultatene ble senere publisert i 1879 av James Clerk Maxwell, men på det tidspunktet var kreditten allerede etablert for Ohm.

En annen måte å representere Ohms lov ble utviklet av Gustav Kirchhoff (av Kirchoffs lover berømmelse), og har form av:

J = σE

der disse variablene står for:

• J representerer strømtettheten (eller elektrisk strøm per enhetsareal av tverrsnitt) for materialet. Dette er en vektormengde som representerer en verdi i et vektorfelt, noe som betyr at den inneholder både en størrelsesorden og en retning.
• sigma representerer ledningsevnen til materialet, som er avhengig av de fysiske egenskapene til det enkelte materiale. Konduktiviteten er gjensidig om materialets resistivitet.
• E representerer det elektriske feltet på det stedet. Det er også et vektorfelt.

Den opprinnelige formuleringen av Ohms lov er i utgangspunktet en idealisert modell, som ikke tar hensyn til de individuelle fysiske variasjonene i ledningene eller det elektriske feltet som beveger seg gjennom det. For de fleste grunnleggende kretsapplikasjoner er denne forenklingen helt fin, men når du går nærmere inn på, eller arbeider med mer presise kretselementer, kan det være viktig å vurdere hvordan det nåværende forholdet er forskjellig i forskjellige deler av materialet, og det er her denne mer generelle versjonen av ligningen kommer inn i spille.