Kalkulator prawa Ohm

Historia i odkrycie

Prawo Ohm zostało odkryte przez niemieckiego fizyka Georga Simona Ohma w 1827 roku i opublikowane w jego książce"The Galvanic Chain, Mathematically Worked Out". Despite being one of the most fundamental principles in electrical engineering today, Ohm's work was initially met with criticism and rejection. The German Minister of Education at the time even considered Ohm's findings as "heresies" and claimed that a physicist who taught such concepts was "unworthy to teach science."

Przed Ohm, w 1781, Henry Cavendish prowadził eksperymenty ze słoikami Leyden, ale nigdy nie opublikował swoich odkryć. Dopiero w 1841 Ohm otrzymał uznanie za swoją pracę, kiedy Royal Society w Londynie przyznał mu medal Copley, a ostatecznie w 1849, pięć lat przed śmiercią, Ohm osiągnął swoje marzenie o zostaniu profesorem fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie w Monachium.

Fundacja Naukowa

Prawo Ohm opisuje zasadniczy związek w obwodach elektrycznych: prąd elektryczny przez przewód jest bezpośrednio proporcjonalny do napięcia w nim, a stałą proporcjonalnością jest opór. Związek ten można wyrazić na trzy równorzędne sposoby:

Zrozumienie na poziomie mikroskopowym

W 1900 roku Paul Drude opracował model Drude 'a, który ostatecznie przedstawił naukowe wyjaśnienie prawa Ohm na poziomie mikroskopowym. Model ten opisuje zachowanie elektronów w przewodniku stałym jako podobne do cząsteczek w gazie, gdzie:

• Elektrony przemieszczają się losowo w obrębie sieci stacjonarnych atomów (jonów)
• Stosowane napięcie tworzy pole elektryczne, które przyspiesza elektrony w określonym kierunku
• Elektrony zderzają się z atomami, rozpraszając i randomizując ich ruch, przekształcając energię kinetyczną w ciepło
• Średnia prędkość dryfu elektronów, a tym samym prądu, jest proporcjonalna do pola elektrycznego (napięcie)

Odkrycie mechaniki kwantowej w latach 20-tych udoskonaliło ten obraz, pokazując, że elektrony poruszają się w falach przez krystaliczne kraty i rozpraszają zanieczyszczenia i wady, a nie same atomy kratowe.

Nowoczesne zastosowania i znaczenie

Prawo Ohm okazało się być niezwykle wytrzymałe, dzięki zastosowaniu od prostych obwodów gospodarstwa domowego po złożone urządzenia elektroniczne. Zweryfikowano, że działa nawet na skali atomowej, z eksperymentami pokazującymi, że prawo posiada druty krzemowe tak małe jak cztery atomy szerokie i jeden atom wysoki.

Niektóre z historycznych innowacji, które umożliwiły prawo Ohm obejmują:

• Telegrafia (połowa XIX wieku): Inżynierowie używali prawa Ohm do optymalizacji transmisji sygnału przez długie przewody miedziane
• Rozwój lekkich bulb: Thomas Edison zastosował Zasady Ohm do bilansowania prądu przez włókna, aby stworzyć praktyczne i długotrwałe żarówki
• Technologia radiowa: Pierwsi pionierzy, tacy jak Marconi, używali prawa Ohm do projektowania anten, oscylatorów i wzmacniaczy do komunikacji bezprzewodowej
• Rury i wzmacniacze próżniowe: Pierwsze elektroniczne wzmacniacze polegały na zrozumieniu zależności między napięciem, prądem i oporem
• Wczesne komputery: Zarządzanie tysiącami połączeń elektrycznych w maszynach takich jak ENIAC byłoby niemożliwe bez prawa Ohm

Ograniczenia i rozszerzenia

Chociaż niezwykle przydatne, Prawo Ohm ma ograniczenia:

• Dotyczy wyłącznie materiałów oporowych i nie wszystkie materiały są ohmiczne (zgodnie z prawem Ohm)
• W przypadku obwodów prądu przemiennego z elementami reaktywnymi (kondensatory, wzbudniki) należy stosować bardziej ogólne pojęcie impedancji
• Wszystkie materiały rozpadną się pod wystarczająco mocnymi polami elektrycznymi
• Zmiany temperatury mogą wpływać na opór, co prawo bardziej skomplikowane do zastosowania w praktyce

Dla nowoczesnego projektowania elektronicznego, Prawo Ohm pozostaje jedną z podstawowych zasad stosowanych we wszystkim od prostego projektowania obwodów do najbardziej zaawansowanych urządzeń elektronicznych, co czyni go kamieniem węgielnym inżynierii elektrycznej i fizyki.

Prawo Ohm jest podstawową zasadą w inżynierii elektrycznej, która opisuje związek między napięciem, prądem i oporem w obwodzie elektrycznym.

Aby obliczyć za pomocą prawa Ohm, wykonaj następujące kroki:

1. 1
   Określ dwie wartości (napięcie, prąd lub opór)
2. 2
   Użyj odpowiedniego wzoru, aby znaleźć trzecią wartość
3. 3
   Oblicz moc używając P = V × I

Moc w obwodzie elektrycznym można obliczyć przy użyciu jednego z tych równoważnych wzorów: