חוק אוהם

חוק אוהם מקשר בין מתח, זרם והתנגדות חשמלית. מתח (הפרש פוטנציאלים) הוא דחיפה שגורמת לזרימת מטענים. זרם הוא קצב זרימת המטענים. התנגדות היא המידה שבה חומר מעכב את הזרימה. לגאורג סימון אוהם, שפרסם את החוק ב־1826, מיוחסת התגלית.

הרעיון הבסיסי פשוט: בחומרים מסוימים היחס בין המתח לזרם נשאר קבוע. יחס זה נקרא התנגדות. מבחינה מתמטית זה נכתב R = V / I, כאשר R זו ההתנגדות, V המתח ו־I הזרם.

חומרים שבהם החוק מתקיים נקראים חומרים אוהמיים. מתכות רבות, תמיסות אלקטרוליטיות וגרפיט מתנהגות כך בטווחי טמפרטורה וסביבה מסוימים. רכיבים מעשיים שנקראים נגדים מתקרבים להתנהגות של נגד אידיאלי: הם שומרים על התנגדות קבועה בטווחים מוגדרים. מוליכים הם חומרים בעלי התנגדות נמוכה מאוד. בידודים הם חומרים בעלי התנגדות גבוהה מאוד.

במצבים שבהם המתח והחומר אינם אחידים משתמשים בגרסה מקומית של החוק. בצורתו המקומית מקשר החוק בין צפיפות הזרם (וקטור שמראה כמה זרם עובר לכל שטח), השדה החשמלי ומקדם ההתנגדות המקומי. מקדם המוליכות (ההפכי של ההתנגדות) מסומן בדרך כלל בסיגמה; הוא יכול להיות פונקציה של הכיוון בחומר מסוים.

קיים גם ניסוח יחסותי מתקדם של החוק, שמתאר כיצד הזרם והשדה האלקטרומגנטי מקושרים בטנסורים ו־4-וקטורים. זה חשוב בתיאור מערכות שמתקשרות עם יחסות מיוחדת, אבל לא נדרש להבנת הבסיס.

חוק אוהם הוא חוק אמפירי: הוא תיאור ניסיוני שמתקבל ממודלים פיזיקליים כמו מודל דרודה. הוא נכון בטווחים מסוימים של טמפרטורה ושדה חשמלי. יש מצבים בהם החוק אינו נכון: במוליכים למחצה היחס בין מתח לזרם אינו ליניארי, ובמתחים גבוהים נוצרים תופעות פריצה חשמלית (כמו קשת וברק) שמורידות את ההתנגדות בצורה חדה. כלומר החוק תקף רק בתנאים מתאימים ולחומרים מתאימים.

חוק אוהם אומר שיש קשר בין שלושה דברים חשמליים. המתח הוא הכוח שדוחף את החשמל. הזרם הוא כמה חשמל זורם. התנגדות היא מה שמאט את הזרם.

גאורג סימון אוהם גילה את החוק ב־1826.

בחלק מהחומרים, כמו מתכות, המתח והזרם קשורים בקשר קבוע. חומר כזה נקרא אוהמי. יש גם חלקים שנקראים נגדים. הם מעכבים את הזרם ומחזיקים בערך קבוע של התנגדות.

מוליך הוא חומר שעוזר לזרום החשמל בקלות. מבודד הוא חומר שמעכב את הזרם מאוד.

במקומות שבהם הזרם לא אחיד, משתמשים בדרך מקומית. שם מדברים על צפיפות הזרם והשדה החשמלי. זה אומר כמה זרם עובר בכל שטח קטן.

החוק עובד ברוב המצבים, אבל לא תמיד. בחומרים מיוחדים כמו מוליכים למחצה, או בשדות חשמל חזקים, החוק לא נכון. במצבים כאלה יכולים להופיע פריצות או התנהגויות שונות.