Wissenschaft

Ohmsches Gesetz – Spannungs- und Stromverhältnis

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.

 

Mit dem Ohmschen Gesetz

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

I= / R
R= V / I
V= IR

Diese Variablen werden über einen Leiter zwischen zwei Punkten folgendermaßen definiert:

  • I repräsentiert den elektrischen Strom in Ampereeinheiten.
  • V stellt die am Leiter gemessene Spannung in Volt dar und
  • R steht für den Widerstand des Leiters in Ohm.

Eine Möglichkeit, dies konzeptionell zu betrachten, besteht darin, dass als Strom I über einen Widerstand (oder sogar über einen nicht perfekten Leiter mit einem gewissen Widerstand) R fließt und der Strom dann Energie verliert. 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 V über dem Leiter 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 mit einem bekannten Widerstandswert einfügen, können Sie diesen Widerstand zusammen mit einer gemessenen Spannung oder einem gemessenen Strom verwenden, um die andere unbekannte Größe zu identifizieren.

 

Geschichte des Ohmschen Gesetzes

Der deutsche Physiker und Mathematiker Georg Simon Ohm (16. März 1789 – 6. Juli 1854 n. Chr.) Erforschte 1826 und 1827 Elektrizität und veröffentlichte die Ergebnisse, die 1827 als Ohmsches Gesetz bekannt wurden. Er konnte den Strom mit messen ein Galvanometer und versuchte ein paar 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 gemessen hat, war, dass der Strom proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden elektrischen Verbindungen war. Da die Spannungsdifferenz jedoch direkt mit der Temperatur zusammenhängt, bedeutet dies, dass der Strom proportional zur Spannungsdifferenz war.

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 n. Chr.) In den 1780er Jahren hatten dazu geführt, dass er in seinen Zeitschriften Kommentare abgegeben hatte, die auf dieselbe Beziehung hindeuteten. 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 James Clerk Maxwell veröffentlicht. aber zu diesem Zeitpunkt war der Kredit für Ohm bereits festgelegt.

 

Andere Formen des Ohmschen Gesetzes

Eine andere Art der Darstellung des Ohmschen Gesetzes wurde von Gustav Kirchhoff (von Kirchoffs Gesetzen berühmt) entwickelt und hat folgende Form:

J E.

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 ein idealisiertes Modell. das die einzelnen physikalischen Variationen innerhalb der Drähte oder das durch sie fließende elektrische Feld nicht berücksichtigt. Für die meisten grundlegenden Schaltungsanwendungen ist diese Vereinfachung vollkommen in Ordnung. Wenn Sie jedoch detaillierter vorgehen oder mit präziseren Schaltungselementen arbeiten, kann es wichtig sein, zu berücksichtigen, wie unterschiedlich die Strombeziehung innerhalb verschiedener Teile des Materials ist, und genau hier setzt dies an Eine allgemeinere Version der Gleichung kommt ins Spiel.

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