Prawo Ohma prawdziwe „w stałej temperaturze”?

Oto drugi artykuł z serii dotyczącej fundamentalnych podstaw elektroniki. W poprzednim artykule zatytułowanym Czy prawo Ohma jest prawdziwe? przedstawiłem wyniki doświadczeń przeprowadzonych według wskazówek z pewnego podręcznika. Oto dalsze informacje na ten temat, dotyczące nie tylko temperatury.

W poprzednim filmie (A010) i poprzednim artykule (A010) zajmowaliśmy się prawem Ohma. Przeprowadziłem pomiary zgodnie ze wskazówkami podanymi w pewnym szkolnym podręczniku. Dla wielu osób wyniki pomiarów okazały się ogromnym zaskoczeniem. Panuje bowiem powszechne przekonanie, że prawo Ohma to fundament całej elektroniki.

Wiele, a może nawet większość osób nadal sądzi, że prawo Ohma jest niejako matematyczne, bezwzględnie ścisłe, wynikające z fundamentalnych zasad rządzących naszym światem. A tymczasem wyniki dostępnych dziś dla każdego, prostych pomiarów zakłócają, a wręcz rujnują takie wyobrażenie. Ewidentnie też zaprzeczają opisom zamieszczonym w podręczniku, co może wprowadzić w niemałe zakłopotanie nauczycieli, którzy próbowaliby wytłumaczyć uczniom taką niespójność. Wbrew twierdzeniom z podręcznika, żaden z badanych elementów, odbiorników energii (żarówki, metalowe druty, rezystory) nie spełnia prawa Ohma, a przykładem najbardziej rażącym (dosłownie i w przenośni) są żarówki. Jak wybrnąć z problemu niezgodności podręcznika z doświadczeniem?

Tu nie chodzi jedynie o „wybrnięcie z problemu”. Sprawa ma kilka naprawdę bardzo ważnych aspektów. W tym artykule wrócę do wspomnianego wcześniej wpływu temperatury. A w następnych artykułach przedstawię też kilka innych problemów związanych z prawem Ohma.

Co wynika z prawa Ohma?

Przede wszystkim zawsze trzeba pamiętać, że prawo Ohma mówi o proporcjonalności prądu i napięcia. A proporcjonalność prądu I i napięcia U świadczy, że rezystancja R jest niezmienna, że ma jakąś ustaloną wartość, niezależną od wartości napięcia i prądu. Tak naprawdę prawo Ohma mówi, że rezystancja przewodników jest niezmienna, niezależna od wartości napięcia i prądu.

Jeżeli jednak rezystancja z jakichś powodów się zmienia, a konkretnie, jeżeli zależy od wartości napięcia i prądu, to prawo Ohma nie jest spełnione. I to właśnie okazuje się w praktyce! Dziś wiemy, że praktycznie żadne materiały w pełni nie spełniają prawa Ohma, bo ich rezystancja nie jest stała.

A w świadomości, czy może podświadomości wielu z nas, prawo Ohma i związany z nim prosty wzór wydają się idealnie dokładne, „matematycznie ścisłe” jako fundament elektrotechniki i elektroniki.

I między innymi właśnie przekonanie, że prawo Ohma i prosty wzór wręcz idealnie, „fundamentalnie” opisują rzeczywistość, jest przeszkodą w zrozumieniu trudniejszych aspektów elektroniki, w tym kwestii radiowych.

Na razie widzimy jednak głównie problem proporcjonalności napięcia i prądu oraz stałości rezystancji. Nawet proste testy wykazują, że rezystancja nie jest stała! Pod koniec poprzedniego artykułu zasygnalizowałem kwestię wpływu temperatury. Można byłoby bowiem próbować „bronić” prawa Ohma stwierdzając, że chodzi o podręcznik do gimnazjum, gdzie „prawo Ohma podane jest w sposób uproszczony”, bez uwzględnienia wpływu temperatury.

Prawdą jest, że elektronika jest skomplikowana i powinniśmy, a nawet musimy, wykorzystywać rozmaite uproszczenia. Przykładem są idealizowane modele elementów, którymi szerzej zajmiemy się oddzielnie i opowiem o nich więcej.

Uproszczenia są potrzebne! Ale zarówno zbytnie uproszczenia, jak i brak świadomości o stosowaniu uproszczeń powodują powstanie i silne zakorzenienie się fałszywych wyobrażeń na temat fundamentów elektroniki. Potem wszystko to mocno przeszkadza, a często nawet uniemożliwia zrozumienie trudniejszych aspektów elektroniki.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze październikowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 10/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 10/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 10/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.