الموصلية وقانون أوم
في الأوساط الموصلة، يدفع المجال الكهربائي تيارًا يتناسب معه، حيث تحدد الموصلية النسبة والتبدد المقاوم.
Definition
ينص قانون أوم على أن كثافة التيار في العديد من المواد تتناسب طرديًا مع المجال الكهربائي من خلال الموصلية؛ تحدد الموصلية مدى سهولة حمل الوسط للتيار، وتُبدد الحركة الناتجة للشحنة الطاقة كحرارة.
Scope
يغطي هذا الموضوع التيارات المستقرة وشبه المستقرة في الأوساط الموصلة: كثافة التيار وحفظ الشحنة، الأشكال المجهرية والعيانية لقانون أوم، الموصلية والمقاومة الكهربائية، نموذج درود للتوصيل، تسخين جول وتبدد الطاقة، واسترخاء الشحنة في الموصلات. ويتناول التوصيل الكلاسيكي، تاركًا النقل الكمومي لفيزياء المادة المكثفة.
Core questions
- كيف يدفع المجال الكهربائي التيار في الموصل؟
- ما هي الصورة المجهرية التي يقوم عليها قانون أوم والموصلية؟
- كيف تتبدد الطاقة عندما يتدفق التيار عبر مقاومة؟
Key concepts
- كثافة التيار
- قانون أوم
- الموصلية
- المقاومية
- نموذج درود
- تسخين جول
- استرخاء الشحنة
- معادلة الاستمرارية
Key theories
- قانون أوم والموصلية
- في الموصل الخطي، تتناسب كثافة التيار المحلية طرديًا مع المجال الكهربائي، مع كون الموصلية ثابت التناسب، مما يؤدي إلى العلاقة المألوفة بين الجهد والتيار والمقاومة.
- نموذج درود للتوصيل
- معاملة حاملات الشحنة كغاز يتسارع بفعل المجال ويتعشوائي بفعل التصادمات ينتج عنه موصلية تحددها كثافة الحاملات والشحنة ومتوسط الزمن بين التصادمات، مما يستعيد قانون أوم.
Clinical relevance
تحكم الموصلية وقانون أوم جميع الدوائر المقاومة وتبدد الطاقة، وتصميم الموصلات والسخانات المقاومة، وقياسات المعاوقة الكهروكيميائية والكهربائية الحيوية، ونمذجة تدفق التيار في الأنسجة البيولوجية.
History
أثبت أوم التناسب بين التيار والجهد في عام 1827. وكمّم جول التسخين المقاوم في أربعينيات القرن التاسع عشر، وقدم نموذج غاز الإلكترون لدرود عام 1900 أول تفسير مجهري للموصلية، والذي تم تنقيحه لاحقًا بواسطة النظريات الكمومية للمواد الصلبة.
Key figures
- Georg Simon Ohm
- Paul Drude
- James Prescott Joule
Related topics
Seminal works
- ashcroft1976
- jackson1998
Frequently asked questions
- هل قانون أوم قانون أساسي للطبيعة؟
- لا؛ إنه علاقة تجريبية تقريبية تنطبق جيدًا على العديد من المواد ضمن نطاق من الظروف ولكنها تفشل في الأجهزة غير الأومية مثل الثنائيات وفي المجالات العالية جدًا.
- لماذا تسخن الموصلات عند حمل التيار؟
- تفقد حاملات الشحنة التي تتسارع بفعل المجال الطاقة في التصادمات مع الشبكة البلورية، وتنقلها كحرارة؛ هذا التسخين الناتج عن جول يتناسب مع المقاومة ومربع التيار.