آزمایش: بررسی قانون اهم

هدف

بررسی قانون اهم ، بستگی ولتاژ سیستم به مقاومت مدار و جریان عبوری از آن V = RI. که در آن:
V: اختلاف پتانسیل سیستم (ولت) و I: جریان عبوری (آمپر) و R: مقاومت سیستم (اهم).

تئوری

اگر پوشش پشت رادیو را برداشته باشید، آرایش پیچیده‌ای از قسمتهای تشکیل دهنده است وسیله را دیده‌اید، هر یک از این قسمتها یک عنصر مداری است. وقتی که رادیو کار می‌کند، اختلاف پتانسیلهایی در دو سر این عنصرها برقرار می‌شود و جریانهایی از آنها می‌گذرد. رابطه بین اختلاف پتانسیل دو سر یک عنصر مدار و جریان گذرنده از آن به نوع عنصر بستگی دارد. برای رساناهای فلزی در دمای ثابت ، این رابطه بسیار ساده است: "جریانی که از رسانا می‌گذرد با ولتاژ دو سر آن متناسب است".







رابطه را به این ترتیب بیان کردیم، زیرا عملا ولتاژ را تنظیم می‌کنیم نه جریان را. ولی رابطه را به این ترتیب نیز می‌‌توان بیان کرد که ولتاژ با جریان متناسب است: V = RI. قانونی که با این معادله بیان می‌شود، قانون اهم نامیده می‌شود و ثابت تناسب R مقاومت الکتریکی رسانا نام دارد اگر V برحسب ولت و I برحسب آمپر بیان شود، R با واحدی به نام اهم (Ω) اندازه گیری می‌شود، چون:



هر رسانایی که از قانون اهم پیروی کند و طوری ساخته شود که مقدار مقاومت معینی داشته باشد، مقاومت اهمی نامیده می‌شود.

آزمایش 1

مقداری از یک ماده نظیر مس یا آهن یا حتی یک مدار را با یک باتری و یک لامپ و یک آمپرمتر را به صورت سری ببندید. همین طور به دو سر باتری خود یک ولت متر به صورت موازی ببندید. ولتاژ و جریان بدست آمده را ثبت کنید. برای بار دیگر دو باتری را باهم سری بسته در مدار قرار دهید و بار دیگر مقادیر ولتاژ و جریان بدست آمده را ثبت کنید. این آزمایش را برای باتریهای گوناگونی تکرار کنید، ولی در طی آزمایش لامپ و ماده‌ای که در مدار قرار داده‌اید را تغییر ندهید. ولتاژ و جریان محاسبه شده در هر مرحله چه رابطه‌ای باهم دارند؟ نمودار ولتاژ بر حسب جریان را برای این آزمایش در هر حالت رسم کنید.

نتیجه آزمایش 1

مشاهده خواهید کرد که در هر بار آزمایش نسبتها ثابت خواهند ماند. البته این زمانی خواهد بود که این جریان برای مدت طولانی روشن بنا شد، یعنی زمانی که سیستم گرم نشود. از ترسیم نمودار هم مشاهده خواهید کرد که این نمودار شیب ثابتی دارد که تأییدی بر رابطه V = RI است که R بیانگر شیب منحنی V بر حسب I است.

آزمایش 2: بستگی مقاومت به دما

آزمایش اول را تکرار کنید ولی این بار جریان را قطع و وصل نکنید و در زمانهای مختلف همزمان ولتاژ و جریان عبوری را از روی ولت متر و آمپرمتر بخوانید و آنها را در جدولی بنویسید. این کار را برای زمانهای نسبتا طولانی انجام دهید. حال داده‌های بدست آمده را روی نموداری به صورت ولتاژ بر حسب جریان رسم کنید، نتیجه شما چگونه خواهد بود؟ آیا این نمودار مانند نمودار قسمت الف است؟

نتیجه آزمایش 2

نموداری که از این آزمایش بدست می‌آید به صورت یک خط نخواهد بود بلکه فرم منحنی خواهد داشت. علت آن است که مقاومت یک ماده با تغییر دما ، تغییر می کند. وقتی مدار به مدت نسبتا طولانی در حالت وصل باشد (یعنی کلید مدار را خاموش نکنیم) دمای ماده بالا می‌رود. علت آن است که وقتی می‌گوییم مدار در حالت وصل است، یعنی الکترونها همواره در سیستم جریان دارند و وقتی وارد ماده می‌شوند با اتمها و در نتیجه الکترونها و پروتونهای آن ماده برخورد می‌کنند و باعث افزایش دمای آن ماده می‌شوند. این آزمایش نشان می‌دهد، مقاومت ماده به دمای آن بستگی دارد. البته اگر دمای سیستم خیلی زیاد شود دیگر رابطه V = RI یعنی یک رابطه خطی بین ولتاژ و جریان برقرار نیست. یعنی ماده ،دیگر یک مقاومت اهمی نخواهد بود.

همچنین ببینید

• بهم بستن مقاومتها
• جریان الکتریکی
• مقاومت الکتریکی