Legge di Ohm: rivelata la relazione corrente-tensione

La legge di Ohm è una regola chiave per l'analisi dei circuiti elettrici, che descrive la relazione tra tre grandezze fisiche chiave: tensione, corrente e resistenza. Rappresenta che la corrente è proporzionale alla tensione tra due punti, con la costante di proporzionalità come resistenza.

La relazione definita dalla legge di Ohm è generalmente espressa in tre forme equivalenti:

io = V / R
R = V / io
V = IR

con queste variabili definite attraverso un conduttore tra due punti nel modo seguente:

• io rappresenta il corrente elettrica, in unità di ampere.
• V rappresenta il voltaggio misurato attraverso il conduttore in volt e
• R rappresenta la resistenza del conduttore in ohm.

Un modo di pensare concettualmente a questo è che come una corrente, io, scorre attraverso un resistore (o anche attraverso un conduttore non perfetto, che ha una certa resistenza), R, quindi la corrente sta perdendo energia. L'energia prima che attraversi il conduttore sarà quindi superiore all'energia dopo che attraversa il conduttore, e questa differenza in elettrico è rappresentata nella differenza di tensione,

È possibile misurare la differenza di tensione e la corrente tra due punti, il che significa che la resistenza stessa è una quantità derivata che non può essere misurata direttamente sperimentalmente. Tuttavia, quando inseriamo qualche elemento in un circuito che ha un valore di resistenza noto, allora lo sei in grado di usare quella resistenza insieme a una tensione o corrente misurata per identificare l'altro sconosciuto quantità.

Il fisico e matematico tedesco Georg Simon Ohm (16 marzo 1789-6 luglio 1854 E.V.) diresse ricerca sull'elettricità nel 1826 e nel 1827, pubblicando i risultati che divennero noti come Legge di Ohm in 1827. È stato in grado di misurare la corrente con un galvanometro e ha provato un paio di configurazioni diverse per stabilire la sua differenza di tensione. La prima era una pila voltaica, simile alle batterie originali create nel 1800 da Alessandro Volta.

Nel cercare una fonte di tensione più stabile, in seguito passò alle termocoppie, che creano una differenza di tensione basata su una differenza di temperatura. Ciò che ha effettivamente misurato direttamente è che la corrente era proporzionale alla differenza di temperatura tra le due giunzioni elettriche, ma poiché la differenza di tensione era direttamente correlata alla temperatura, ciò significa che la corrente era proporzionale alla tensione differenza.

In termini semplici, se hai raddoppiato la differenza di temperatura, hai raddoppiato la tensione e raddoppiato anche la corrente. (Supponendo, ovviamente, che la termocoppia non si sciolga o qualcosa del genere. Ci sono limiti pratici in cui questo potrebbe guastarsi.)

Ohm in realtà non è stato il primo ad aver indagato su questo tipo di relazione, nonostante la prima pubblicazione. Precedenti lavori dello scienziato britannico Henry Cavendish (10 ottobre 1731-24 febbraio 1810 E.V.) nel Il 1780 lo aveva portato a fare commenti nelle sue riviste che sembravano indicare lo stesso relazione. Senza che questo fosse pubblicato o altrimenti comunicato ad altri scienziati del suo tempo, i risultati di Cavendish non erano noti, lasciando l'apertura a Ohm per fare la scoperta. Ecco perché questo articolo non è intitolato Legge di Cavendish. Questi risultati furono successivamente pubblicati nel 1879 da James Clerk Maxwell, ma a quel punto il credito era già stato stabilito per Ohm.

Un altro modo di rappresentare la legge di Ohm è stato sviluppato da Gustav Kirchhoff (di Le leggi di Kirchoff fama) e assume la forma di:

J = σE

dove queste variabili indicano:

• J rappresenta la densità di corrente (o corrente elettrica per unità di area della sezione trasversale) del materiale. Questa è una quantità vettoriale che rappresenta un valore in un campo vettoriale, nel senso che contiene sia una grandezza che una direzione.
• sigma rappresenta la conduttività del materiale, che dipende dalle proprietà fisiche del singolo materiale. La conduttività è il reciproco della resistività del materiale.
• E rappresenta il campo elettrico in quella posizione. È anche un campo vettoriale.

La formulazione originale della legge di Ohm è sostanzialmente una modello idealizzato, che non tiene conto delle singole variazioni fisiche all'interno dei fili o del campo elettrico che si muove attraverso di esso. Per la maggior parte delle applicazioni circuitali di base, questa semplificazione è perfettamente corretta, ma quando si entra in maggiore dettaglio o si lavora con elementi circuitali più precisi, potrebbe essere importante considerare come la relazione attuale sia diversa all'interno di diverse parti del materiale, ed è qui che entra in gioco questa versione più generale dell'equazione giocare.