חוק אוהם

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
בול המוקדש לחוק אוהם, אשר מציג קשר פשוט ושימושי בין המתח, הזרם וההתנגדות החשמלית.
חוק אוהם - V מסמן מתח חשמלי בין שתי נקודות בגוף, I מסמן זרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף ו- R מסמן את התנגדות הגוף העשוי מחומר אוהמי.

חוק אוהם (מבוטא חוק אוֹם, לעתים נכתב כך) התגלה ב־1826 על ידי גאורג אוהם, והוא מציג קשר פשוט ושימושי בין מתח, זרם והתנגדות חשמלית בחומרים מסוימים. חוק אוהם הוא אחד החוקים הבסיסיים בתורת המעגלים החשמליים.

אוהם גילה שבחומרים מסוימים (בעיקר מתכות) המוגדרים כ"חומרים אוהמיים" ובתנאים מסוימים, היחס בין המתח המושרה בין שתי נקודות בחומר לזרם העובר ביניהן, הוא גודל קבוע שאינו תלוי בגודלם ובכיוונם של המתח והזרם. גודל זה מוגדר כהתנגדות החשמלית בין שתי הנקודות. כלומר בגופים העשויים מחומרים אלו מתקיים:

ערך קבוע =  \ R= \frac{V}{I}=\mbox{const}

כאשר:

  • V מסמן מתח חשמלי בין שתי נקודות בגוף העשוי מחומר אוהמי
  • I מסמן זרם חשמלי בין שתי הנקודות
  • R מסמן את ההתנגדות החשמלית בין שתי הנקודות.

חומרים אוהמיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

לגוף בעל שתי נקודות קצה מוגדרות המקיים את חוק אוהם נהוג לקרוא נגד אידאלי. קיימים רכיבים חשמליים הנקראים נגדים מעשיים (או בקיצור נגדים), אשר תגובתם לזרם ולמתח קרובה לתגובה של נגד אידאלי. לנגדים יש התנגדות קבועה בקירוב בתחומים מוגדרים של תנאי סביבה (כגון טמפרטורה), זרמים ומתחים.

חומרים אוהמיים בעלי התנגדות סגולית נמוכה במיוחד נקראים "מוליכים". חומרים בעלי התנגדות סגולית גבוהה במיוחד נהוג לכנות "מבודדים".

חוק אוהם הדיפרנציאלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

עבור זרמים העוברים בתווך שאינו אחיד ופשוט, ניתן להשתמש בצורה מקומית של חוק אוהם (או "חוק אוהם הדיפרנציאלי"), שהיא: \vec J(\vec{r}) = \sigma(\vec{r}) \vec E(\vec{r}) כאשר, בכל נקודה \vec{r} במרחב, J הוא וקטור צפיפות הזרם, \sigma היא מוליכות סגולית ו-E הוא וקטור השדה החשמלי. במקרה הכללי ביותר, המוליכות הסגולית תלויה בכיוון המרחבי של הזרם, ואז \sigma היא טנזור מדרגה שנייה ולא סקלר.

חוק אוהם היחסותי[עריכת קוד מקור | עריכה]

בכתיב קו-וריאנטי ניתן לכתוב את חוק אוהם הדיפרנציאלי ע"י: \ J^\alpha = - \sigma F^{\alpha \beta} U_{\beta} , כאשר \ J^\alpha הוא 4-וקטור המבטא את צפיפות הזרם החשמלי, \ U_{\beta} מבטא את 4-וקטור המהירות ו- \ F^{\alpha \beta} הוא טנזור השדה האלקטרומגנטי. מאחר שההתפתחות בזמן של המטען החשמלי תלויה בהתפתחות בזמן של הזרם החשמלי (ע"י משוואת הרציפות), ניתן להוסיף לכתיב זה רכיב המייצג את צפיפות המטען החשמלי: \ J^\alpha = - \sigma F^{\alpha \beta} U_{\beta} + \hat{\rho} U_{\alpha} , כאשר \ \hat{\rho} מייצג את צפיפות המטען של נושאי הזרם כפי שנמדד במערכת העצמית של המוליך.

תוקף החוק[עריכת קוד מקור | עריכה]

חוק אוהם הוא חוק אמפירי. ישנם מספר מודלים על פיהם חוק אוהם נגזר מתוך התורה האלקטרומגנטית, כמו למשל מודל דרודה. במקרים רבים הנחות המודל אינן מתקיימות. במערכות כאלו, גם חוק אוהם אינו מתקיים. בפרט, היחס הלינארי אותו חוק אוהם מתאר בין המתח לזרם, מתקיים בטווח טמפרטורות מסוים ואינו נכון באופן כללי (לדוגמה בטמפרטורות גבוהות או נמוכות מאד).

החוק תקף בחומרים ספציפיים (בעיקר מתכות, תמיסות אלקטרוליטיות וגרפיט) וכלל לא מתקיים במוליכים למחצה, שם היחס בין המתח לזרם אינו לינארי. כמו כן, שדות חשמליים חזקים (הנוצרים בעיקר במתחים גבוהים) יוצרים תופעות פריצה חשמלית כגון ברקים, קשת חשמלית וכשלים במבודדים, אשר מורידים את ההתנגדות משמעותית - כלומר חוק אוהם מפסיק להיות תקף בתנאים אלה.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא חוק אוהם בוויקישיתוף