Омов закон

Омовиот закон се однесува на електрични кола, тој вели дека:
: Струјата помеѓу две точки е правопропорционална со потенцијалната разлика (напонот) и обратнопропорционална со отпорот помеѓу нив.
Математички, тоа се изразува како:
:<math>I = {\frac{U}{R</math>
Каде што I е струјата во ампери, U е потенцијалната разлика во волти, и R е електричната отпорност изразена во омови. Потенцијалната разлика е позната и како пад на напонот, и може да се означува и со V, E или ЕМС (електромоторна сила).
Оваа законитост ја открил германскиот физичар Георг Ом, и ја објавил во 1827. година како резултат на лабораториски мерења, и во малку посложена форма.
Отпорноста на повеќето отпорнички материјали отпорници е константна за широк спектар на струи и напони. Кога отпорникот се употребува во вакви околности, неговата отпорност се нарекува „омска“. Покрај омската отпорност, постои и капацитивна и индуктивна, кои се јавуваат кај променливите и наизменичните струи.
Омовиот закон, во презентираната форма, е мошне корисен за електротехниката, затоа што опишува како напонот, струјата и отпорот се поврзани на „макроскопско“ ниво, односно како елементи на електричното коло. Физичарите кои ги проучуваат електричните својства на материјалите на микроскопско ниво ја употребуваат векторската равенка:
:<math>
\mathbf{J} = \sigma\mathbf{E}
</math>
каде што J е густина на струјата (струја по единична површина), σ е електричната спроводливост, а E е електричното поле (во волти по метар).
1 Историја
Во јануари 1781 година,
пред работа Георг Ом, Хенри Кевендиш експериментирале со Лејденови тегли и
стаклени цевки со различен пречник и должина полни со солен раствор. Премери
тековната забележувајќи колку силен шок тој се чувствува како тој заврши на
колото со неговото тело. Кевендиш, пишува дека "брзината" (тековен)
варираше директно како "степен на електрификација" (напон).
Ом ја правеше
неговата работа на отпорот во годините 1825 година и 1826 година, и објавени
неговите резултати во 1827 година како книга Die galvanische Kette,
mathematisch bearbeitet ("На галванска коло истрага математички"). Тој
го привлече значителна
инспирација од работата на Жозеф Фурје на топлинска спроводливост во теоретско објаснување
на неговата работа. За експерименти, тој првично користел галванични купови
но подоцна се користат термоспој, бидејќи ова се предвидени постабилен извор на
волтажа во смисла на внатрешен отпор и константен напон. Тој користи
галванометар за мерење на струја, и знаеше дека напонот помеѓу терминали
термоспој е пропорционален со температурата спој. Тој потоа додаде тест жици со
различна должина, пречник, и материјал за да се заврши на колото. Тој открил
дека неговите податоци можат да се моделираат преку равенката
каде x е читање од
галванометар беше должината на тест диригент, еден зависеше само на
раскрсницата термоспој температура, и б беше постојано на целиот нагодување. Од
ова, Ом определува неговиот закон за пропорционалност и објавени неговите
резултати.
Закон Ом е веројатно
најважниот од раните квантитативните опис на физиката на електрична енергија.
Ние тоа речиси очигледно денес се разгледа. Кога ома првпат објавена на
неговата работа, ова не беше случај; критичари реагираа на неговиот третман на
предмет со непријателство. Тие го повикаа своето дело "интернет на голи
мечтите"  и министерот за
образование германски изјавил дека "професор кој проповедал како ерес беше
недостоен да ги учат на науката." Преовладува научна филозофија во
Германија во тоа време тврдеше дека експерименти не треба да се врши за да се
развијат разбирање на природата, бидејќи природата е толку добро наредил, и
дека научните вистини може да се одбие само преку расудување. Исто така, брат
Мартин Ом, математичар, се борат со германскиот образовен систем. Овие фактори
ограничувам на прифаќање на работа Ом, и неговата работа не стана широко
прифатени до 1840-тите. За среќа, Ом доби признание за неговиот придонес кон
науката и пред да умре.
Во 1850-тите, закон Ом
беше познат како таков и е нашироко се смета докажано, и алтернативи, како што
е "законот Барлоу е", беа дискредитирани, во однос на реалната
апликации за телеграфски дизајн на системот, како што е наведено од страна на Семјуел
FB Морс во 1855.
Додека стариот термин за
електрична спроводливост, на mho (инверзна на отпорот единица омови), сè уште се
користи, ново име, Сименс, беше усвоен во 1971 година, во чест на Ернст Вернер
фон Сименс. Сименс е најпосакувана во формални документи.
Во 1920 година, откриено
е дека сегашниот преку практичен отпорник всушност има статистички флуктуации,
кои зависат од температурата, дури и кога напонот и отпорот се точно постојана;
оваа флуктуација, сега познат како Џонсон Nyquist бучава, се должи на природата
на дискретни набој. Ова топлински ефект подразбира дека мерењата на струјата и
напонот што се преземаат доволно краток временски период ќе дадат коефициенти
на V / I кои варираат од вредноста на Р имплицирани од просечното време или
ансамблот просек од измерените струја; Закон Ом останува точни за просечниот
струја, во случај на обичните резистивни материјали.
Работа Ом долго
претходеше Максвеловите равенки и неразбирање на честота-зависни ефекти во
AC кола. Современите случувања во електромагнетни теорија и коло теорија не се
во спротивност закон Ом кога тие се оценуваат во соодветните временски.
2 Микроскопско потекло
Зависноста на густината
на струјата од применетите електричното поле е во суштина квантната механика во
природата; квалитативен опис што води кон закон Ом може да биде врз основа на
класичната механика се користи моделот Drude развиена од страна на Павле Drude
во 1900 година
Моделот Drude третира
електрони (или други носители) како pinballs бие меѓу јони кои го сочинуваат
структурата на материјалот. Електроните ќе се забрза во спротивна насока да
електричното поле од страна на просечниот електричното поле во нивната
локација. Со секој судир, иако, на електрони е оттргнат во случаен правец со
брзина која е многу поголема од брзината стекнато од страна на електричното
поле. Крајниот резултат е дека електроните се земе цик-цак патека се должи на
судири, но генерално лебдат во насока спротивставени електричното поле.
Брзина лебдат потоа
одредува густината на електрична струја и нејзиниот однос со Е и е независен од
судири. Drude пресметана просечната брзина лебдат од p = -eEτ каде p е
просечниот интензитет, -Е е цената на електрони и τ е просечното време меѓу
судири. Бидејќи интензитетот и густината на струјата се правопропорционални со
брзина лебдат, густината на струјата станува пропорционален на применети
електричното поле; тоа води до закон Ом.
3 Хидраулична аналогија
Хидраулична аналогија понекогаш се користи за да се опише закон Ом. Притисокот на водата, се мери со
паскали (или ПСИ), е аналог на напон поради утврдување разлика на притисокот на
водата помеѓу две точки долж (хоризонтална) цевки предизвикува водата да тече.
Стапка на проток на вода, како и во литри во секунда, е аналог на струја, како
во кулони во секунда. Конечно, протокот restrictors-како што се отвори сместени
во цевките помеѓу точките каде притисокот на водата се мери, се аналогни на
отпорници. Велиме дека протокот на вода низ ограничувач отвор е пропорционална
на разлика во притисокот на водата низ ограничувач. Слично на тоа, стапката на
проток на електрично полнење, што е, на електрична струја, преку електрични
отпорници е пропорционална на разликата во напонот мери низ отпорници.
Проток и притисок
променливи може да се пресмета во течност проток на мрежи со користење на
хидрауличните омови аналогија.На метод може да се примени и стабилен и минливи
ситуации проток. Во регионот на линеарни ламинарен проток, право Poiseuille
опишува хидрауличен отпор на цевка, но во регионот на турбулентен проток односи
притисокот проток стане нелинеарни.
Хидрауличните аналогија
на закон Ом се користи, на пример, да се приближи протокот на крв низ
циркулаторниот систем.
4 Анализа на струјно коло
Секоја равенка е цитирана
од некои извори како дефинирачки односот на закон Ом, или сите три се цитирани,или
потекнуваат од пропорционални форма, [23] или дури само две што прават не
одговара на оригиналната изјава Ом понекогаш може да се даде.
Заменливост на равенката
може да биде претставена со триаголник, каде што V (напон) е поставена на
горниот дел, јас (тековен) е ставен на лево дел, и R (отпорност) се става на
правото. Линијата што го дели од левата и десната укажување на голем број
делници, и делителот помеѓу врвот и на дното делови укажува поделба (оттука и
бар поделба).
4.1 Отпорни кола
Отпорници се елементи
кои го попречуваат коло премин на електричен полнеж во согласност со закон Ом,
и се дизајнирани да имаат специфична вредност на отпорот Р. Во шематски
дијаграм на отпорник е прикажана како симбол цик-цак. Елемент (отпорник или
проводник), кој се однесува во согласност со закон Ом над некои работен опсег е
наведен како еден Омска уред (или Омска отпорници), бидејќи закон Ом и една
вредност за отпорноста доволни за да се опише однесувањето на уредот во текот
на овој опсег.
Закон Ом држи за кола
кои содржат само резистивни елементи (без капацитивности или inductances) за
сите форми на возење напон или струја, без оглед на тоа дали напонот возење или
струјата е постојана (ДЦ) или време-различна како што се AC. Во секој момент на
времето закон Ом важи за такви кола.
Отпорници кои се во
серија или паралелно може да се групираат заедно во едно "еднакви
отпор", со цел да се применува закон Ом во анализа на колото.
Кога реактивни елементи
како што се кондензатори, намотки, или далекуводи се вклучени во една кола на
кои AC или се нанесува време-различна напон или струја, односот помеѓу напонот
и струјата станува решение на диференцијалната равенка, па закон Ом (како што е
дефинирано погоре) директно не се применуваат, бидејќи таа форма содржи само
отпори кои имаат вредност R, а не комплекс импеданси кои можат да содржат
капацитивноста ("V")
или индуктивитет ("L").
Равенки за временски
непроменливи наизменична кола земе иста форма како и закон Ом. Сепак,
променливи се генерализира на комплексни броеви и струен и напонски бранови се сложени
exponentials.
Во овој пристап, на
напон или струја брановидна е во форма Ае ^ {ул}, каде t е времето, а е сложен
параметар, и Еден е комплексен скаларен. Во која било линеарна временски
непроменливи систем, сите струи и напони може да се изрази со истиот е
параметар како влез во системот, овозможувајќи и на останати временски
комплексна експоненцијална мандат треба да се откажат од и системот опишан
алгебарски во однос на комплекс скалари во струја и напон бранови.