Prawo Ohma

Prawo Ohma jest jednym z podstawowych praw fizyki stosowanych w elektrotechnice. Mówi ono o proporcjonalności prądy płynącego przez przewodnik do napięcia panującego między jego końcówkami. Zależność tę odkrył niemiecki fizyk Georg Simon Ohm i to właśnie od jego nazwiska powstała nazwa tego prawa. Wzory dotyczące prawa Ohma znajdziecie tutaj. W tym artykule zajmiemy się jednak historią oraz działaniem tego słynnego prawa.

Historia odkryć związanych z prawem Ohma

Zanim Georg Ohm sformułował swoje prawo, w 1822 Humpry Davy opublikował wyniki swoich badań dotyczących przewodzenia prądu elektrycznego w metalach. Wynikało z nich, że przewodnictwo metalowych drutów jest wprost proporcjonalne do pola powierzchni przekroju, a odwrotnie proporcjonalne do ich długości. Uszeregował on również przewodniki ze względu na kryterium zdolności do przewodzenia prądu. W 1825 roku swoje badania rozpoczął sam Ohm, będący ówcześnie nauczycielem matematyki w gimnazjum. Sprawdzał wtedy zależność prądu elektrycznego od wymiarów przewodnika i przyłożonego do niego napięcia. Wynikiem tych doświadczeń było stwierdzenie, że istnieje zależność między prądem i napięciem, jednakże treść jego publikacji była zawiła i niezrozumiała. Spowodowało to, że efekty jego pracy nie odbiły się szerszym echem w środowisku naukowym. Rok później udało mu się opracować opis tych doświadczeń pod postacią zbliżoną do współczesnej. Sformułował twierdzenie, że prąd płynący w przewodniku jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia. Potrzebne było jeszcze kilka lat aby pogląd ten został uznany powszechnie.

W latach czterdziestych XIXw. Gustav Kirchhoff dokonał analizy teoretycznej przepływu prądu i odnalazł powiązanie między gęstością prądu, a polem elektrycznym wewnątrz przewodnika. W 1900r. Paul Drude stworzył swój model przewodnictwa metali, który stał się wyjaśnieniem dla stwierdzonej przez Ohma proporcjonalności prądu do napięcia. Współczesne badania wykazały, że wiele materiałów ma inne właściwości niż te, wynikające z prawa Ohma. Dlatego też materiały oraz elementy elektroniczne, dla których spełnione jest to prawo, określa się liniowymi, a sprzeczne z nim - nieliniowymi. Choć prawo Ohma nie jest uniwersalnym prawem przyrody i spełnia je wąska grupa materiałów, to było ono pierwszym ilościowym matematycznym opisem przepływu prądu elektrycznego. Czyni je to jednym z istotniejszych odkryć w dziedzinie elektryczności.

Jak działa prawo Ohma?

Prawo Ohma najprościej jest zaobserwować podczas pomiarów elektrycznych. Jego działanie odzwierciedlają ich wyniki. Kiedy bowiem prąd o wartości 2A popłynie przez rezystor o wartości oporu 50Ω, to napięcie na zaciskach tego układu osiągnie wartość 100 V. I choć można wyznaczyć to obliczeniowo, to przykładając elektrody miernika w odpowiednich miejscach, szybko dowiemy się, że obliczone przez nas wyniki są bardzo bliskim przybliżeniem stanu faktycznego.

Natężenie prądu, które jest efektem przyłożonego napięcia, zachowa się wprost proporcjonalnie do tego napięcia. Prawo Ohma spełnia część materiałów, głównie tych, które stosujemy w elektrotechnice. Są to metale takie jak miedź, złoto, czy żelazo, a także niektóre elementy ceramiczne. Warto wiedzieć, że Prawo Ohma nie jest spełnione także, kiedy zmieniają się parametry przewodnika. Szczególny wpływ ma tutaj temperatura.