Ohmsches Gesetz: Die Strom-Spannungs-Beziehung wird aufgedeckt

Das Ohmsche Gesetz ist eine Schlüsselregel für die Analyse elektrischer Schaltkreise und beschreibt die Beziehung zwischen drei physikalischen Schlüsselgrößen: Spannung, Strom und Widerstand. Es stellt dar, dass der Strom über zwei Punkte proportional zur Spannung ist, wobei die Proportionalitätskonstante der Widerstand ist.

Die durch das Ohmsche Gesetz definierte Beziehung wird im Allgemeinen in drei äquivalenten Formen ausgedrückt:

ich = V. / R.
R. = V. / ich
V. = IR

Diese Variablen werden auf folgende Weise über einen Leiter zwischen zwei Punkten definiert:

• ich repräsentiert die elektrischer Stromin Ampereeinheiten.
• V. repräsentiert die Stromspannung gemessen über den Leiter in Volt und
• R. repräsentiert den Widerstand des Leiters in Ohm.

Eine Möglichkeit, dies konzeptionell zu betrachten, ist die als Strom, ichfließt über einen Widerstand (oder sogar über einen nicht perfekten Leiter, der einen gewissen Widerstand hat), R.dann verliert der Strom Energie. Die Energie, bevor sie den Leiter kreuzt, wird daher höher sein als die Energie, nachdem sie den Leiter kreuzt, und diese elektrische Differenz wird in der Spannungsdifferenz dargestellt.

Die Spannungsdifferenz und der Strom zwischen zwei Punkten können gemessen werden, was bedeutet, dass der Widerstand selbst eine abgeleitete Größe ist, die nicht direkt experimentell gemessen werden kann. Wenn wir jedoch ein Element in eine Schaltung einfügen, die einen bekannten Widerstandswert hat, sind Sie es in der Lage, diesen Widerstand zusammen mit einer gemessenen Spannung oder einem gemessenen Strom zu verwenden, um das andere Unbekannte zu identifizieren Menge.

Der deutsche Physiker und Mathematiker Georg Simon Ohm (16. März 1789 - 6. Juli 1854 v. Chr.) Dirigierte Forschung in Elektrizität in den Jahren 1826 und 1827, Veröffentlichung der Ergebnisse, die als Ohmsches Gesetz in bekannt wurden 1827. Er konnte den Strom mit einem Galvanometer messen und versuchte verschiedene Einstellungen, um seine Spannungsdifferenz festzustellen. Der erste war ein Voltaikstapel, ähnlich den Originalbatterien, die 1800 von Alessandro Volta hergestellt wurden.

Auf der Suche nach einer stabileren Spannungsquelle wechselte er später zu Thermoelementen, die eine Spannungsdifferenz basierend auf einer Temperaturdifferenz erzeugen. Was er tatsächlich direkt maß, war, dass der Strom proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden elektrischen Verbindungen war. Da die Spannungsdifferenz jedoch in direktem Zusammenhang mit der Temperatur stand, bedeutet dies, dass der Strom proportional zur Spannung war Unterschied.

In einfachen Worten, wenn Sie die Temperaturdifferenz verdoppelt haben, haben Sie die Spannung und auch den Strom verdoppelt. (Vorausgesetzt natürlich, dass Ihr Thermoelement nicht schmilzt oder so. Es gibt praktische Grenzen, an denen dies zusammenbrechen würde.)

Ohm war nicht der erste, der diese Art von Beziehung untersucht hat, obwohl er zuerst veröffentlicht hat. Frühere Arbeiten des britischen Wissenschaftlers Henry Cavendish (10. Oktober 1731 - 24. Februar 1810 v. Chr.) In der In den 1780er Jahren hatte er in seinen Zeitschriften Kommentare abgegeben, die auf dasselbe hindeuteten Beziehung. Ohne dass dies veröffentlicht oder anderen Wissenschaftlern seiner Zeit anderweitig mitgeteilt wurde, waren Cavendishs Ergebnisse nicht bekannt, so dass Ohm die Möglichkeit hatte, die Entdeckung zu machen. Deshalb trägt dieser Artikel nicht den Titel Cavendishs Gesetz. Diese Ergebnisse wurden später im Jahr 1879 von veröffentlicht James Clerk Maxwell, aber zu diesem Zeitpunkt war der Kredit für Ohm bereits eingerichtet.

Eine andere Art der Darstellung des Ohmschen Gesetzes wurde von Gustav Kirchhoff (von Kirchoffs Gesetze Ruhm) und nimmt die Form an:

J. = σE.

wo diese Variablen stehen für:

• J. repräsentiert die Stromdichte (oder den elektrischen Strom pro Flächeneinheit des Querschnitts) des Materials. Dies ist eine Vektorgröße, die einen Wert in einem Vektorfeld darstellt, dh sie enthält sowohl eine Größe als auch eine Richtung.
• Sigma repräsentiert die Leitfähigkeit des Materials, die von den physikalischen Eigenschaften des einzelnen Materials abhängt. Die Leitfähigkeit ist der Kehrwert des spezifischen Widerstands des Materials.
• E. repräsentiert das elektrische Feld an dieser Stelle. Es ist auch ein Vektorfeld.

Die ursprüngliche Formulierung des Ohmschen Gesetzes ist im Grunde eine idealisiertes Modell, die die individuellen physikalischen Schwankungen innerhalb der Drähte oder das durch sie fließende elektrische Feld nicht berücksichtigt. Für die meisten grundlegenden Schaltungsanwendungen ist diese Vereinfachung vollkommen in Ordnung, aber wenn Sie näher darauf eingehen oder mit genaueren Schaltungselementen arbeiten, kann dies der Fall sein Es ist wichtig zu berücksichtigen, wie unterschiedlich die aktuelle Beziehung innerhalb verschiedener Teile des Materials ist, und hier kommt diese allgemeinere Version der Gleichung ins Spiel abspielen.