オームの法則
この回路は、抵抗Rを流れる電流Iを示しています。左側には電圧Vがあります。ウィキメディアコモンズ経由のパブリックドメイン
オームの法則は、電気回路を分析するための重要な規則であり、電圧、電流、および抵抗という 3 つの重要な物理量の間の関係を表しています。これは、電流が 2 点間の電圧に比例し、比例定数が抵抗であることを表します。
オームの法則の使用
オームの法則によって定義された関係は、一般に次の 3 つの同等の形式で表されます。
私 = の / R
R = の / 私
の = と
これらの変数は、次の方法で 2 点間の導体に定義されます。
これを概念的に考える1つの方法は、電流として、 私 、抵抗器を横切って流れます（または、ある程度の抵抗を持つ不完全な導体を横切ってさえ）、 R の場合、電流はエネルギーを失っています。したがって、導体を横切る前のエネルギーは、導体を横切った後のエネルギーよりも高くなり、この電気的差は電圧差で表されます。 の 、導体を横切って。
2 点間の電圧差と電流を測定できます。つまり、抵抗自体は、実験的に直接測定できない派生量です。ただし、既知の抵抗値を持つ回路に要素を挿入すると、測定された電圧または電流とともにその抵抗を使用して、他の未知の量を識別することができます。
オームの法則の歴史
ドイツの物理学者で数学者の Georg Simon Ohm (1789 年 3 月 16 日 - 1854 年 7 月 6 日 CE) は、1826 年と 1827 年に電気の研究を行い、1827 年にオームの法則として知られるようになった結果を発表しました。検流計を使用し、電圧差を確立するためにいくつかの異なる設定を試みました。 1つ目は、1800年にアレッサンドロ・ボルタによって作成されたオリジナルの電池に似たボルタ電池でした。
より安定した電圧源を探して、彼は後に熱電対に切り替えました。熱電対は、温度差に基づいて電圧差を生成します。彼が実際に直接測定したのは、電流は 2 つの電気的接続点の温度差に比例するということでしたが、電圧差は温度に直接関係していたので、これは電流が電圧差に比例したことを意味します。
簡単に言えば、温度差を 2 倍にすると、電圧も 2 倍になり、電流も 2 倍になります。 （もちろん、熱電対が溶けたり何かがないと仮定します。これが壊れる実用的な制限があります。）
この種の関係を調査したのはオームが最初ではありませんでしたが、最初に公開しました。 1780 年代の英国の科学者ヘンリー キャベンディッシュ (1731 年 10 月 10 日 - 1810 年 2 月 24 日) による以前の研究では、同じ関係を示すように思われるコメントを日記に書いていました。これが出版されたり、彼の時代の他の科学者に伝達されたりすることがなければ、キャベンディッシュの結果は知られず、オームが発見する余地が残されました。そのため、この記事のタイトルはキャベンディッシュの法則ではありません。これらの結果は、後に 1879 年に ジェームズ・クラーク・マクスウェル 、しかしその時点までに、オームの功績はすでに確立されていました。
オームの法則の他の形式
オームの法則を表す別の方法は、Gustav Kirchhoff (の キルヒホフの法則 名声)、次の形式を取ります。
J = p と
これらの変数は以下を表します。
- J 材料の電流密度 (または断面積の単位面積あたりの電流) を表します。これは、ベクトル場の値を表すベクトル量です。つまり、大きさと方向の両方が含まれています。
- シグマは材料の導電率を表し、個々の材料の物理的特性に依存します。導電率は、材料の抵抗率の逆数です。
- と その場所の電界を表します。これもベクトル場です。
オームの法則の元の定式化は基本的に 理想化されたモデル 、ワイヤ内の個々の物理的変動またはワイヤを通過する電場は考慮されていません。ほとんどの基本的な回路アプリケーションでは、この単純化はまったく問題ありませんが、より詳細に進んだり、より正確な回路要素を操作したりする場合は、材料のさまざまな部分で電流関係がどのように異なるかを考慮することが重要になる場合があります。方程式のより一般的なバージョンが登場します。