رسانایی و قانون اهم
در محیطهای رسانا، یک میدان الکتریکی جریانی متناسب با خود را هدایت میکند که رسانایی نسبت و اتلاف مقاومتی را تعیین میکند.
Definition
قانون اهم بیان میکند که در بسیاری از مواد، چگالی جریان از طریق رسانایی با میدان الکتریکی متناسب است؛ رسانایی میزان سهولت عبور جریان از یک محیط را کمیسازی میکند و حرکت حاصل از بار، انرژی را به صورت گرما تلف میکند.
Scope
این مبحث جریانهای پایدار و شبهپایدار را در محیطهای رسانا پوشش میدهد: چگالی جریان و بقای بار، اشکال میکروسکوپی و ماکروسکوپی قانون اهم، رسانایی و مقاومت الکتریکی، مدل درود برای رسانایی، گرمایش ژول و اتلاف توان، و آسودگی بار در رساناها. این مبحث به رسانایی کلاسیک میپردازد و انتقال کوانتومی را به فیزیک ماده چگال وامیگذارد.
Core questions
- چگونه یک میدان الکتریکی جریان را در یک رسانا هدایت میکند؟
- چه تصویر میکروسکوپی زیربنای قانون اهم و رسانایی است؟
- چگونه توان با عبور جریان از یک مقاومت تلف میشود؟
Key concepts
- چگالی جریان
- قانون اهم
- رسانایی
- مقاومت ویژه
- مدل درود
- گرمایش ژول
- آسودگی بار
- معادله پیوستگی
Key theories
- قانون اهم و رسانایی
- در یک رسانای خطی، چگالی جریان محلی با میدان الکتریکی متناسب است، با رسانایی به عنوان ثابت تناسب، که منجر به رابطه آشنا بین ولتاژ، جریان و مقاومت میشود.
- مدل درود برای رسانایی
- با در نظر گرفتن حاملهای بار به عنوان گازی که توسط میدان شتاب گرفته و توسط برخوردها تصادفی میشوند، رساناییای به دست میآید که توسط چگالی حامل، بار و میانگین زمان بین برخوردها تعیین میشود و قانون اهم را بازیابی میکند.
Clinical relevance
رسانایی و قانون اهم بر تمام مدارهای مقاومتی و اتلاف توان، طراحی رساناها و گرمکنندههای مقاومتی، اندازهگیریهای امپدانس الکتروشیمیایی و بیوالکتریکی، و مدلسازی جریان در بافت بیولوژیکی حاکم هستند.
History
اهم تناسب بین جریان و ولتاژ را در سال ۱۸۲۷ برقرار کرد. ژول گرمایش مقاومتی را در دهه ۱۸۴۰ کمیسازی کرد و مدل گاز الکترونی درود در سال ۱۹۰۰ اولین توضیح میکروسکوپی رسانایی را ارائه داد که بعدها توسط نظریههای کوانتومی جامدات اصلاح شد.
Key figures
- Georg Simon Ohm
- Paul Drude
- James Prescott Joule
Related topics
Seminal works
- ashcroft1976
- jackson1998
Frequently asked questions
- آیا قانون اهم یک قانون بنیادی طبیعت است؟
- خیر؛ این یک رابطه تجربی و تقریبی است که برای بسیاری از مواد در طیفی از شرایط به خوبی برقرار است، اما برای دستگاههای غیر اهمی مانند دیودها و در میدانهای بسیار قوی صادق نیست.
- چرا رساناها هنگام حمل جریان گرم میشوند؟
- حاملهای بار که توسط میدان شتاب میگیرند، انرژی خود را در برخورد با شبکه از دست میدهند و آن را به صورت گرما منتقل میکنند؛ این گرمایش ژول با مقاومت و مربع جریان متناسب است.