מהן האימותים של חוק אוהם?
חוק אוהם הוא עיקרון בסיסי בהנדסת חשמל ובפיזיקה המתאר את הקשר בין הזרם העובר דרך מוליך, המתח על המוליך וההתנגדות של המוליך. החוק מתואר מתמטית כך:
V=I×R
V הוא המתח על המוליך (נמדד בולט, V),
I הוא הזרם העובר דרך המוליך (נמדד באמפר, A),
R היא ההתנגדות של המוליך (נמדדת באוהמים, Ω).
אף על פי שחוק אוהם מקובל ומשתמש בו ברחב, ישנם מצבים מסוימים בהם יישומו יכול להיות מוגבל או לא תקף. הנה האישורים והמגבלות העיקריות של חוק אוהם:
אישורים ותנאים בהם חל חוק אוהם
רכיבי 저ومة ליניאריים:חוק אוהם חל על חומרים המפגינים התנהגות ליניארית, כלומר התנגדותם נשארת קבועה לאורך טווח רחב של תנאי פעולה. דוגמאות כוללות מתכות כמו נחושת ואלומיניום.
טמפרטורה קבועה:החוק תקף אם הטמפרטורה של המוליך נשארת יחסית קבועה. שינויים בטמפרטורה יכולים להשפיע על ההתנגדות של החומר, ובכך לשנות את הקשר בין מתח לזרם.
תנאים אידיאליים:תחת תנאים אידיאליים שאין בהם השפעות חיצוניות כגון שדות מגנטיים או קרינה, חוק אוהם מספק תחזיות מדוייקות.
מגבלות ותנאים בהם חוק אוהם אינו חל
חומרים לא ליניאריים:חומרים המפגינים התנהגות לא ליניארית, כגון מוליכים למחצה, אינם עוקבים אחרי חוק אוהם מכיוון שהתנגדותם משתנה עם המתח או הזרם המופעל עליהם. למשל, דיודה יש לה קשר שונה מאוד בין מתח לזרם מאשר מה שהחוק של אוהם מצפה.
פליטת גז:בפליטת גז, כגון זו שנמצאת בנורות נאון או צינורות פלואורסנט, הזרם אינו גדל באופן ליניארי עם המתח בשל תהליכי יוניים בתוך הגז.
על-מוליכים:על-מוליכים יש להם התנגדות אפס בטמפרטורות מאוד נמוכות ולכן אינם עוקבים אחרי חוק אוהם מכיוון שאין ירידת מתח עבור כל ערך זרם.
שינויים בטמפרטורה:שינויים משמעותיים בטמפרטורה יכולים לשנות את ההתנגדות של החומר, מה שהופך את חוק אוהם לפחות תקף אלא אם כן מתוקן לשינויים בטמפרטורה.
תדר גבוה:בתדרים גבוהים, קיום ריאקטנס קיבולי או אינדוקטיבי יכול לגרום לשינויים מהקשר פשוט המתואר בחוק אוהם.
תגובות כימיות:בקлетות אלקטרוכימיות, הקשר בין מתח לזרם אינו תמיד ליניארי עקב התגובות הכימיות המעורבות.
סיכום
חוק אוהם הוא כלי שימושי לנתח את התנהגות מעגלי חשמל פשוטים בתנאים מסוימים. הוא עובד טוב עבור רכיבי저ומה ליניאריים בטמפרטורות יציבות ללא השפעות חיצוניות משמעותיות.
עם זאת, יש לו מגבלות כאשר מתמודדים עם חומרים לא ליניאריים, פליטות גז, על-מוליכים, שינויים בטמפרטורה, השפעות בתדר גבוה ותהליכים אלקטרוכימיים. הבנת המגבלות האלו היא חיונית ליישום נכון של חוק אוהם ופרשנות נכונה של תוצאות ניסוייות.
