Czym naprawdę jest Prawo Ohma?

To jest kolejny artykuł z serii dotyczącej fundamentalnych podstaw elektroniki. Jego celem jest wyjaśnienie powszechnie spotykanego nieporozumienia, a mianowicie tego, czym jest, a czym nie jest prawo Ohma. Artykuł jest też częścią wprowadzenia do zapowiadanego od dawna kursu Radiowej Oślej Łączki.

W poprzednich dwóch artykułach (A010 oraz A011), a także w dwóch filmach (A010 oraz A011) zajmowaliśmy się prawem Ohma. Przypomnę, że na początku przeprowadziłem pomiary dokładnie według wskazówek podanych w pewnym szkolnym podręczniku i ich wyniki nie zgadzały się z opisem w podręczniku.

W poprzednim artykule (A011) przedstawiłem argumenty dowodzące, że uwzględnienie wpływu temperatury nie zmienia faktu, że realne elementy, w tym rezystory, nie spełniają prawa Ohma. Tymczasem wiele, a może nawet większość osób, ma głębokie przekonanie, że prawo Ohma jest fundamentem elektroniki.

Ale to nie prawo Ohma jest fundamentem elektroniki. Prawo Ohma dotyczy przewodników oraz zależności napięcia i prądu w tych przewodnikach. Dotyczy „rezystancji materiałowej”. Dziś, w epoce półprzewodników, prawo Ohma jest szacownym eksponatem muzealnym.

Problem w tym, że mnóstwo osób nadaje określeniu „prawo Ohma” niewłaściwy sens, którego w samym prawie Ohma nie ma. I właśnie w tym artykule przyjrzymy się, czym jest, a czym nie jest prawo Ohma. W szczególności pokażę, że wbrew błędnym wyobrażeniom, popularne i jak najbardziej prawdziwe wzory nie są prawem Ohma.

Co to jest prawo Ohma?

Jeden z głównych problemów to nazywanie prawem Ohma czegoś, co nim absolutnie nie jest!

Zanim opiszę tę kwestię, sięgnijmy do hasła „Prawo Ohma” w polskiej Wikipedii (fragmenty na rysunku 1). W Wikipedii można znaleźć różne „kwiatki”, ale akurat prawo Ohma jest omówione dobrze i ten wpis nie wprowadza w błąd. Wprawdzie nie wyjaśnia wszystkich problemów, ale sygnalizuje je.

Co najważniejsze, wpis ten już na samym początku słusznie podkreśla, że istotą prawa Ohma jest proporcjonalność prądu i napięcia, a to znaczy, że rezystancja przewodnika jest stała, niezależna od wartości prądu i napięcia. W prawie Ohma właśnie ta proporcjonalność oraz stałość rezystancji są najważniejsze!

W Wikipedii słusznie, choć zdecydowanie za słabo, zasygnalizowano poważny problem. Otóż jest tam powiedziane, że wiele materiałów nie spełnia prawa Ohma (czerwona strzałka na rysunku 1).

To bardzo delikatne, zbyt ostrożne sformułowanie. Prawda jest taka, że praktycznie wszystkie materiały i elementy nie spełniają prawa Ohma. Łącznie z rezystorami, które w naszej świadomości wydają się wręcz uosobieniem, ucieleśnieniem prawa Ohma. Mogę to dokładnie omówić w filmie i artykule dotyczącym rezystorów oraz ich parametrów, a konkretnie licznych niedoskonałości rezystorów. Tym bardziej prawa Ohma nie spełniają, i to w rażący sposób, inne elementy elektroniczne, w szczególności półprzewodnikowe. Wikipedia słusznie wskazuje też na historyczne i praktyczne znaczenie prawa Ohma.

Ale co do znaczenia praktycznego – tu niestety w grę wchodzi kilka problemów, z których co najmniej jeden można zobaczyć na rysunku 2, na którym jest fragment wpisu z Encyklopedii PWN. Jest tu wprawdzie mowa o proporcjonalności napięcia i prądu. Tak, ale nie jest to wyeksponowane, a wręcz przeciwnie, podkreślone jest coś zupełnie innego, co mniej zorientowanych wprowadza w błąd.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze listopadowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 11/2024). 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 11/2024 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 11/2024.
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.