Wet van Ohm: de relatie tussen stroom en spanning onthuld

De wet van Ohm is een belangrijke regel voor het analyseren van elektrische circuits en beschrijft de relatie tussen drie belangrijke fysieke grootheden: spanning, stroom en weerstand. Het geeft aan dat de stroom evenredig is met de spanning over twee punten, waarbij de evenredigheidsconstante de weerstand is.

De relatie die door de wet van Ohm wordt gedefinieerd, wordt over het algemeen uitgedrukt in drie gelijkwaardige vormen:

ik = V / R
R = V / ik
V = IR

met deze variabelen gedefinieerd op een geleider tussen twee punten op de volgende manier:

• ik vertegenwoordigt de elektrische stroom, in eenheden van ampère.
• V vertegenwoordigt de Spanning gemeten over de geleider in volt, en
• R vertegenwoordigt de weerstand van de geleider in ohm.

Een manier om dit conceptueel te beschouwen, is dat als een stroom, ikstroomt over een weerstand (of zelfs over een niet-perfecte geleider, die enige weerstand heeft), R, dan verliest de stroom energie. De energie voordat deze de geleider passeert, zal daarom hoger zijn dan de energie nadat deze de geleider passeert, en dit elektrische verschil wordt weergegeven in het spanningsverschil,

Het spanningsverschil en de stroom tussen twee punten kunnen worden gemeten, wat betekent dat de weerstand zelf een afgeleide grootheid is die niet direct experimenteel kan worden gemeten. Als we echter een element in een circuit plaatsen met een bekende weerstandswaarde, dan ben je dat in staat om die weerstand samen met een gemeten spanning of stroom te gebruiken om de andere onbekende te identificeren aantal stuks.

De Duitse natuurkundige en wiskundige Georg Simon Ohm (16 maart 1789 - 6 juli 1854 G.T.) dirigeerde onderzoek naar elektriciteit in 1826 en 1827, met de resultaten die bekend werden als de wet van Ohm in 1827. Hij kon de stroom meten met een galvanometer en probeerde een aantal verschillende opstellingen om zijn spanningsverschil vast te stellen. De eerste was een voltaïsche stapel, vergelijkbaar met de originele batterijen die in 1800 door Alessandro Volta werden gemaakt.

Bij het zoeken naar een stabielere spanningsbron schakelde hij later over op thermokoppels, die een spanningsverschil creëren op basis van een temperatuurverschil. Wat hij direct meet, was dat de stroom evenredig was met het temperatuurverschil tussen de twee elektrische verbindingen, maar aangezien het spanningsverschil rechtstreeks verband hield met de temperatuur, betekent dit dat de stroom evenredig was met de spanning verschil.

Eenvoudig gezegd: als u het temperatuurverschil verdubbelde, verdubbelde u de spanning en ook de stroom. (Ervan uitgaande dat uw thermokoppel natuurlijk niet smelt of zoiets. Er zijn praktische grenzen waar dit zou uitvallen.)

Ohm was niet de eerste die dit soort relaties onderzocht, ondanks het feit dat ze eerst publiceerde. Eerder werk van de Britse wetenschapper Henry Cavendish (10 oktober 1731 - 24 februari 1810 G.T.) in de De jaren 1780 hadden ertoe geleid dat hij in zijn dagboeken opmerkingen maakte die hetzelfde leken aan te geven relatie. Zonder dat dit werd gepubliceerd of anderszins aan andere wetenschappers van zijn tijd werd meegedeeld, waren de resultaten van Cavendish niet bekend, waardoor Ohm de opening verliet om de ontdekking te doen. Daarom heet dit artikel niet de wet van Cavendish. Deze resultaten werden later in 1879 gepubliceerd door James Clerk Maxwell, maar op dat moment was het krediet al vastgesteld voor Ohm.

Een andere manier om de wet van Ohm weer te geven, is ontwikkeld door Gustav Kirchhoff (van Kirchoff's wetten roem), en neemt de vorm aan van:

J = σE

waar deze variabelen voor staan:

• J vertegenwoordigt de stroomdichtheid (of elektrische stroom per oppervlakte-eenheid van doorsnede) van het materiaal. Dit is een vectorgrootheid die een waarde in een vectorveld vertegenwoordigt, wat betekent dat deze zowel een magnitude als een richting bevat.
• sigma vertegenwoordigt de geleidbaarheid van het materiaal, die afhankelijk is van de fysieke eigenschappen van het individuele materiaal. De geleidbaarheid is het omgekeerde van de soortelijke weerstand van het materiaal.
• E vertegenwoordigt het elektrische veld op die locatie. Het is ook een vectorveld.

De oorspronkelijke formulering van de wet van Ohm is in feite een geïdealiseerd model, die geen rekening houdt met de individuele fysieke variaties in de draden of het elektrische veld dat erdoor beweegt. Voor de meeste basiscircuittoepassingen is deze vereenvoudiging prima, maar wanneer we dieper ingaan of werken met nauwkeurigere schakelelementen, kan het zijn belangrijk om te overwegen hoe de huidige relatie binnen verschillende delen van het materiaal anders is, en dat is waar deze meer algemene versie van de vergelijking in komt Speel.