Come funziona la legge di Ohm

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

La legge di Ohm afferma che la corrente che attraversa un conduttore tra due punti, è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale tra i due punti. Introducendo la costante di proporzionalità e la resistenza, si arriva alla solita equazione matematica che descrive questa relazione: "L" è la corrente che attraversa il conduttore in unità di ampere, V è la differenza di potenziale misurata attraverso il conduttore in unità di volt ed R è la resistenza del conduttore in unità di ohm. Più specificamente, la legge di Ohm afferma che R in questa relazione è una costante indipendente dalla corrente. Nella guida a seguire sarà spiegato dettagliatamente come funziona la legge di Ohm.

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La dipendenza della densità di corrente in un campo elettrico applicato, è essenzialmente di natura meccanica quantistica; una descrizione qualitativa che porta alla legge di Ohm può essere basata sulla meccanica classica, utilizzando il modello di Drude sviluppato da Paul Drude nel 1900. Il modello di Drude tratta elettroni o altri portatori di carica, come le cariche che rimbalzano tra gli ioni che compongono la struttura del materiale.

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La legge di Ohm è una legge empirica, che rappresenta una generalizzazione di molti esperimenti, che hanno dimostrato che la corrente è approssimativamente proporzionale al campo elettrico, per la maggior parte dei materiali. Qualsiasi dato materiale si rompe sotto un forte campo elettrico-sufficiente (vari materiali di interesse in ingegneria elettrica sono "non-ohmico" sotto i campi deboli). La legge di Ohm è stata osservata su una vasta gamma di scale di lunghezza. Nel ventesimo secolo si pensava che avrebbe fallito su scala atomica ma gli esperimenti non hanno confermato questa aspettativa. A partire dal 2012, i ricercatori hanno dimostrato che la legge di Ohm è applicata su cavi in ​​silicone, che sono più piccoli di quattro atomi in larghezza e sono alti quanto un atomo.

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Gli elettroni vengono accelerati nella direzione opposta al campo elettrico e dal campo elettrico medio alla loro posizione. Ad ogni collisione, l'elettrone viene deviato in una direzione casuale con una velocità che è molto più grande della velocità acquisita dal campo elettrico. Il risultato netto è che gli elettroni prendono un percorso a zig-zag a causa delle collisioni, ma generalmente arrivano nella direzione opposta del campo elettrico. La velocità determina la densità di corrente elettrica ed è indipendente dalle collisioni. Poiché sia ​​la quantità di moto e sia la densità di corrente sono proporzionali alla velocità di deriva, la densità di corrente diventa proporzionale al campo elettrico applicato, che porta alla legge di Ohm.

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