ĐỊNH LUẬT OHM: ĐƠN VỊ VÀ CÔNG THỨC, PHÉP TÍNH, VÍ DỤ, BÀI TẬP - VẬT LÝ - 2026

Các Ohm 's pháp luật dưới hình thức vĩ mô của nó, chỉ ra rằng điện áp và cường độ dòng điện trong một mạch là trực tiếp kháng tỷ lệ là hằng số tỉ lệ. Ký hiệu ba đại lượng này lần lượt là V, I và R, định luật Ôm phát biểu rằng: V = IR

Tương tự như vậy, định luật Ôm được tổng quát để bao gồm các phần tử mạch không thuần là điện trở trong mạch điện xoay chiều, theo cách này, nó có dạng sau: V = IZ

Hình 1. Định luật Ôm có thể áp dụng cho nhiều mạch. Nguồn: Wikimedia Commons. Tlapicka

Trong đó Z là trở kháng, cũng đại diện cho sự phản đối sự chạy qua của dòng điện xoay chiều bởi một phần tử trong mạch, ví dụ như tụ điện hoặc cuộn cảm.

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các vật liệu và phần tử mạch đều tuân theo định luật Ohm. Những phần tử mà trong đó nó hợp lệ được gọi là phần tử ohmic và trong đó phần tử không được đáp ứng, chúng được gọi là không ohmic hoặc phi tuyến tính.

Các điện trở thông thường thuộc loại ohmic, nhưng điốt và bóng bán dẫn thì không, vì mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong chúng không tuyến tính.

Định luật Ohm mang tên nhà vật lý và toán học người Đức gốc Bavaria, George Simon Ohm (1789-1854), người trong suốt sự nghiệp của mình đã cống hiến hết mình để nghiên cứu hoạt động của các mạch điện. Đơn vị đo điện trở trong Hệ thống quốc tế SI đã được đặt tên để vinh danh ông: ohm, cũng được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp Ω.

Nó được tính như thế nào?

Mặc dù dạng vĩ mô của định luật Ohm được biết đến nhiều nhất, vì nó liên kết các đại lượng có thể dễ dàng đo được trong phòng thí nghiệm, dạng vi mô liên quan đến hai đại lượng vectơ quan trọng: điện trường E và mật độ dòng điện J :

Trong đó σ là độ dẫn điện của vật liệu, một tính chất cho biết mức độ dễ dẫn của dòng điện. Về phần mình, J là một vectơ có độ lớn là thương số giữa cường độ dòng điện I và diện tích mặt cắt ngang A mà nó quay qua.

Thật hợp lý khi cho rằng có một mối liên hệ tự nhiên giữa điện trường bên trong vật liệu và dòng điện chạy qua nó, sao cho dòng điện càng lớn thì càng có nhiều dòng điện.

Nhưng dòng điện không phải là một vectơ, vì nó không có hướng trong không gian. Mặt khác, vectơ J vuông góc - hoặc pháp tuyến - với diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn và hướng của nó là hướng của dòng điện.

Từ dạng định luật Ohm này, chúng ta đi đến phương trình đầu tiên, giả sử một dây dẫn có chiều dài ℓ và tiết diện A, và thay các độ lớn của J và E bằng:

Nghịch đảo của độ dẫn điện được gọi là điện trở suất và được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp ρ:

Như vậy:

Điện trở của vật dẫn

Trong phương trình V = (ρℓ / A) .I, hằng số (ρℓ / A) là điện trở, do đó:

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào ba yếu tố:

- Điện trở suất ρ, đặc trưng của vật liệu mà nó được sản xuất.

-Chiều dài ℓ.

-Diện tích A của thiết diện.

ℓ càng cao, điện trở càng lớn, vì hạt tải điện hiện tại có nhiều cơ hội va chạm với các hạt khác bên trong vật dẫn và mất năng lượng. Và ngược lại, A càng cao, các vật mang hiện tại càng dễ di chuyển có trật tự qua vật liệu.

Cuối cùng, trong cấu trúc phân tử của mỗi vật liệu là sự dễ dàng mà một chất cho phép dòng điện đi qua. Vì vậy, ví dụ, các kim loại như đồng, vàng, bạc và bạch kim, có điện trở suất thấp, là chất dẫn điện tốt, trong khi gỗ, cao su và dầu thì không, đó là lý do tại sao chúng có điện trở suất cao hơn.

Ví dụ

Dưới đây là hai ví dụ minh họa về định luật Ohm.

Thí nghiệm kiểm tra định luật Ôm

Một kinh nghiệm đơn giản minh họa định luật Ohm, đối với điều này, bạn cần một mảnh vật liệu dẫn điện, một nguồn điện áp thay đổi và một đồng hồ vạn năng.

Một điện áp V được thiết lập giữa các đầu của vật liệu dẫn điện, điện áp này phải thay đổi từng chút một. Với nguồn điện thay đổi được, có thể đặt các giá trị của hiệu điện thế nói trên, được đo bằng đồng hồ vạn năng, cũng như cường độ dòng điện I chạy qua dây dẫn.

Các cặp giá trị V và I được ghi lại trong một bảng và với chúng một biểu đồ được xây dựng trên giấy kẻ ô vuông. Nếu đường cong kết quả là một đường thẳng, vật liệu là ohmic, nhưng nếu nó là bất kỳ đường cong nào khác, vật liệu không phải là ohmic.

Trong trường hợp đầu tiên, độ dốc của đường có thể được xác định, tương đương với điện trở R của dây dẫn hoặc nghịch đảo của nó, độ dẫn.

Trong hình ảnh bên dưới, đường màu xanh lam đại diện cho một trong những biểu đồ này cho vật liệu ohmic. Trong khi đó, các đường cong màu vàng và đỏ được làm bằng vật liệu không phải ohmic, chẳng hạn như chất bán dẫn.

Hình 2. Đồ thị I vs. V cho vật liệu ohmic (đường màu xanh lam) và vật liệu không phải ohmic. Nguồn: Wikimedia Commons.

Phép loại suy thủy lực của định luật Ohm

Thật thú vị khi biết rằng dòng điện trong định luật Ohm có hành vi tương tự như dòng nước lưu thông qua một đường ống. Nhà vật lý người Anh Oliver Lodge là người đầu tiên đề xuất mô phỏng hoạt động của dòng điện bằng cách sử dụng các yếu tố thủy lực.

Ví dụ, các đường ống đại diện cho các chất dẫn điện, vì nước lưu thông qua chúng và các chất mang dòng điện qua chất dẫn điện sau. Khi có một chỗ thắt trong đường ống, nước đi qua sẽ khó khăn, vì vậy điều này sẽ tương đương với một điện trở.

Sự khác biệt về áp suất ở hai đầu ống cho phép nước chảy, tạo ra sự khác biệt về độ cao hoặc máy bơm nước, và tương tự, sự khác biệt về điện thế (pin) là thứ giữ cho điện tích di chuyển. , tương đương với lưu lượng hoặc khối lượng nước trên một đơn vị thời gian.

Một máy bơm piston sẽ đóng vai trò của một nguồn điện áp xoay chiều, nhưng lợi thế của việc đặt một máy bơm nước là mạch thủy lực do đó sẽ được đóng lại, giống như một mạch điện phải cho dòng điện chạy qua.

Hình 3. Tương tự thủy lực đối với định luật Ôm: trong a) hệ thống dòng nước và trong b) mạch điện trở đơn giản. Nguồn: Tippens, P. 2011. Vật lý: Khái niệm và ứng dụng. Phiên bản thứ 7. Đồi McGraw.

Điện trở và công tắc

Tương đương với một công tắc trong mạch, nó sẽ là một khóa vòi. Nó được hiểu theo cách này: nếu mạch mở (khóa vòi đóng), dòng điện, giống như nước, không thể chảy.

Mặt khác, khi công tắc đóng (khóa mở hoàn toàn) cả dòng điện và nước đều có thể chảy qua dây dẫn hoặc đường ống mà không gặp vấn đề gì.

Khóa hoặc van cũng có thể đại diện cho một điện trở: khi vòi được mở hoàn toàn, nó tương đương với việc có điện trở bằng không hoặc ngắn mạch. Nếu nó đóng hoàn toàn, nó giống như mở mạch, trong khi đóng một phần nó giống như có một điện trở có giá trị nhất định (xem hình 3).

Bài tập

- Bài tập 1

Một bàn là điện cần 2A ở 120V để hoạt động bình thường. Sức đề kháng của nó là gì?

Giải pháp

Giải cho lực cản từ định luật Ôm:

- Bài tập 2

Một dây dẫn đường kính 3 mm, dài 150 m có điện trở 3,00 Ω ở 20 ° C. Tìm điện trở suất của vật liệu.

Giải pháp

Phương trình R = ρℓ / A là phù hợp, do đó diện tích mặt cắt ngang cần phải được tìm thấy trước:

Cuối cùng, khi thay thế, bạn nhận được:

Người giới thiệu

1. Resnick, R. 1992. Vật lý. Phiên bản mở rộng thứ ba bằng tiếng Tây Ban Nha. Tập 2. Compañía Editorial Continental SA de CV
2. Sears, Zemansky. 2016. Vật lý Đại học với Vật lý hiện đại. 14 ^thứ . Ed. Tập 2. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật với Vật lý hiện đại. Phiên bản thứ 7. Tập 2. Cengage Learning. 752-775.
4. Tippens, P. 2011. Vật lý: Khái niệm và Ứng dụng. Phiên bản thứ 7. Đồi McGraw.
5. Đại học Sevilla. Khoa Vật lý Ứng dụng III. Mật độ và cường độ dòng điện. Được phục hồi từ: us.es.
6. Walker, J. 2008. Vật lý. Biên tập thứ 4 Pearson. 725-728