قانون اهم

قانون اهم – فیزیک یازدهم (۲)

زمان مطالعه: ۴ دقیقه

با سلام و احترام خدمت شما مخاطبین عزیز وبلاگ بین جو (Binjo)، در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به مبحث قانون اهم از کتاب فیزیک یازدهم بپردازیم. مبحث قانون اهم موضوعی مشترک برای هر دو رشته ریاضی و تجربی است. همچنین این موضوع برای دانش آموزان دوره اول متوسطه به ویژه برای دو درس علوم تجربی و کار و فناوری می‌تواند مفید باشد.

قانون اهم (Ohm’s Law)

در مقاله (جریان الکتریکی) دیدیم که وقتی سیم رسانا را در مداری الکتریکی قرار می‌دهیم و  به واسطه یک باتری در دو سر سیم اختلاف پتانسیل اعمال می‌کنیم، الکترون‌های آزاد می‌توانند در سیم شارش داشته باشند. سیم رسانا ماده‌ای جامد است که طبیعتاً فاصله بین اتم‌های تشکیل دهنده آن بسیار کوتاه است. همچنین اتم‌های تشکیل دهنده یک جسم جامد همیشه در حال نوسان (نوسانات بسیار کوچک که با چشم غیر مسلح قابل دید و لمس نیست) هستند.

با این اوصاف الکترون‌های آزاد هنگام حرکت در رسانا با این اتم‌های در حال نوسان برخورد می‌کنند و به نوعی با یک مقاومت یا مانع در حرکت خود مواجعه می‌شوند. این برخورد الکترون‌ها به اتم‌های در حال نوسان جسم جامد رسانا که باعث گرم شدن جسم رسانا می‌شود، به مقاومت الکتریکی (Resistance) موسوم است.

قانون اهم

از عبارت فوق، می‌توان نتیجه گرفت که مقاومت الکتریکی در یک جسم رسانا به ابعاد هندسی یعنی طول و سطح مقطع رسانا و جنس اتم‌های سازنده آن و البته دمای محیط بستگی دارد. جهت مطالعه بیشتر در این مورد به مقاله زیر مراجعه فرمایید.

مقاومت الکتریکی و عوامل موثر بر آن – فیزیک (۲)

با آزمایش‌هایی ساده می‌توان متوجه شد که تحت اعمال یک اختلاف پتانسیل ثابت به دو سیم متفاوت (که به منزله دو سیم با دو مقاومت متفاوت است)، جریان‌ الکتریکی مختلفی از آن دو سیم گذر می‌کند. بدیهی است که سیم با مقاومت کمتر، جریان الکتریکی بیشتری را از خود عبور می‌دهد. به بیان ریاضی خواهیم داشت:

\(R = \frac{V}{I}\)

رابطه فوق بیان می‌کند که نسبت اختلاف پتانسیل (ولتاژ) دو سر یک جسم (سیم یا عنصر مقاومت) در دمای ثابت به جریان الکتریکی عبوری از آن مقدار ثابتی است.

در رابطه فوق، R مقاومت الکتریکی بوده که طبق فرمول واحد آن ولت بر آمپر (V/A) است. البته واحد مقاومت الکتریکی به پاس خدمات علمی جرج سیمون اهم با واحد اهم (Ohm) با نماد Ω (اُمگا) سنجیده می‌شود. به طور کل، رسانایی که دارای مقاومت الکتریکی را اصطلاحاً مقاومت (Resistor) می‌نامند. رابطه فوق بیانگر قانون اهم نیز بوده که در ادامه در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

توجه داشته باشید که رابطه  تنها برای اجسامی صادق است که مقاومتشان به ولتاژ اعمالی دو سر جسم بستگی نداشته باشد. در واقع همین شرط بیانگر قانون اهم است.

مقاومت را در مدار الکتریکی به فرم ذیل نشان می‌دهند.

نمایش مقاومت در مدار

نمودار جریان ولتاژ و قانون اهم

یک بار دیگر رابطه \(R = \frac{V}{I}\) را در نظر بگیرید و آن را به فرم \(V = R I\) بنویسید. وسیله‌هایی که جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند، ممکن است که با تغییر اختلاف پتانسیل اعمال شده و در نتیجه تغییر جریان عبوری، مقاومت ثابتی از خود نشان دهند. همچنین ممکن است که با تغییر اختلاف پتانسیل، مقاومت وسیله مذکور تغییر کند.

لازم به ذکر است که حالت اول معرف قانون اهم بوده و به جسم رسانای مذکور اصطلاحاً رسانای اهمی می‌گویند. پس اگر مقدار مقاومت الکتریکی جسم رسانایی در ولتاژهای مختلف (در دمای ثابت)، مقدار ثابتی باشد، آن جسم از قانون اهم پیروی می‌کند. به عبارت دیگر می‌توان گفت که مقدار جریان الکتریکی عبوری از یک مقاومت اهمی همواره با اختلاف پتانسیل اعمال شده به دو سر آن رابطه مستقیمی دارد.

نمودار جریان ولتاژ یک رسانا یا مقاومت اهمی به صورت زیر است.

نمودار جریان ولتاژ - قانون اهم

مشاهده می‌کنید که این نمودار خطی بوده و شیب خط که مقداری ثابت داشته، همان مقاومت الکتریکی است. به عبارت دیگر نمودار فوق چیزی جز رسم معادله خط \(V = R I\) نیست. در جدول زیر نیز مقادیر نوعی یک مقاومت اهمی نشان داده شده است:

رسانای اهمی

توجه داشته باشید که تمامی ساختارهای رسانا از قانون اهم پیروی نمی‌کنند. به طور مثال دیود نور گسیل (LED) ساختاری غیر اهمی بوده که نمودار جریان ولتاژ یک مدل نوعی از آن به صورت زیر است:

نمودار جریان ولتاژ رسانای غیر اهمی

امیدواریم تا مقاله قانون اهم مورد پسند شما عزیزان واقع شده باشد. در انتها پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مقالات زیر نیز داشته باشید.

مقاومت الکتریکی و عوامل موثر بر آن – فیزیک (۲)

جریان الکتریکی – فیزیک یازدهم (۲)

انرژی خازن – فیزیک یازدهم (۲)

قانون کولن – فیزیک یازدهم (۲)

میدان الکتریکی در داخل رسانا – فیزیک یازدهم (۲)

قطب های آهنربا

اشکان ابوالحسنی، مدیریت واحد وبلاگ بین جو، کارشناس ارشد فوتونیک (گرایش مخابرات نوری) و دانشجوی دکتری در رشته مهندسی برق مخابرات - گرایش میدان و موج است. در پی علاقه ایشان به مباحث آموزشی، به تولید محتوا در حوزه فیزیک پیش از دانشگاه در وبلاگ بین جو نیز می‌پردازد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *