Ohm’i seadus. Takistus. Juhtivus

11. klass > Füüsika > 4. kursus: Energia
Georg Simon Ohm (1789-1854)

Georg Simon Ohm (1789-1854)

Seose kahe elektrivoolu iseloomustava füüsikalise suuruse – pinge ja vooltugevuse avastas 1827. aastal saksa kooliõpetaja, füüsika ja matemaatik Georg Simon Ohm, mistõttu teatakse vastavat loodusseadust ka Ohm’i seadusena: voolutugevus ahelas on võrdeline pingega selle ahela otstel ja pöördvõrdeline selle ahela takistusega:

4

kus I – voolutugevus; U – pinge ja R – takistus

Kui pinge ahela otstel 1V tekitab ahelas voolu tugevusega 1A, on selle ahela takistus 1Ω (oom).

5

Algselt pani Ohm oma seaduse kirja hoopis kujul:

6

kus I – voolutugevus; U – pinge ja G – juhtivus

Juhtivuse ühikuks on siimens (1S)

Kui voolutugevusel 1A on pinge selle ahela otstel 1V, on selle ahela elektrijuhtivus 1S (siimens).

9

Takistus ja juhtivus on teineteise pöördväärtused!

10

Ohm avastas, et takistus (juhtivus) ei sõltu pingest juhi otstel ega ka voolutugevusest juhis ning nende suhe erinevate tarbijate korral on erinev. Küll on takistus (juhtivus) nende kaudu arvutatav.

Takistus (juhtivus) sõltub hoopis tarbija mõõtmetest, materjalist ja temperatuurist:

11

kus ρ (roo) – materjali eritakistus, σ (sigma) – materjali erijuhtivus, l – juhi pikkus, S – juhi ristlõike-pindala.

Eritakistuse mõõtühikuks on oom korda meeter (1Ω∙m) – see on 1m pikkuse ja 1m2 ristlõikepindalaga tarbija takistus. NB! Lubatud on kasutada ka oom korda ruutmillimeeter meetri kohta 13 – see on 1m pikkuse ja 1mm2 ristlõikepindalaga tarbija takistus.

Materjali eritakistus (ρ) sõltub temperatuurist:

12

kus ρ0 – juhi eritakistus normaaltemperatuuril (t0=0°C); – takistuse temperatuuritegur ja t – juhi temperatuur.

Takistuse temperatuuritegurit α mõõdetakse kraadi pöördväärtustes 14.

Metallide takistuse temperatuuritegur on positiivne – so temperatuuri tõustes, metallide eritakistus suureneb, temperatuuri kahanedes takistus väheneb. Dielektrikute ja pooljuhtide korral on takistuse temperatuuritegur negatiivne – temperatuuri tõustes takistus väheneb (juhtivus suureneb).

Väga madalatel temperatuuridel (u 3K=-270°C) kaob metallide elektritakistust täielikult (R=0!) – seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks.