Konduktivitas dan Hukum Ohm

Dalam medium konduktif, medan listrik mendorong arus yang sebanding dengannya, dengan konduktivitas menentukan rasio dan disipasi resistif.

Definition

Hukum Ohm menyatakan bahwa pada banyak material, kerapatan arus sebanding dengan medan listrik melalui konduktivitas; konduktivitas mengukur seberapa mudah suatu medium menghantarkan arus, dan gerakan muatan yang dihasilkan mendisipasi energi sebagai panas.

Scope

Topik ini mencakup arus tunak dan kuasi-tunak dalam medium konduktif: kerapatan arus dan konservasi muatan, bentuk mikroskopis dan makroskopis hukum Ohm, konduktivitas dan resistivitas listrik, model konduksi Drude, pemanasan Joule dan disipasi daya, serta relaksasi muatan dalam konduktor. Ini membahas konduksi klasik, menyerahkan transpor kuantum ke fisika zat terkondensasi.

Core questions

• Bagaimana medan listrik mendorong arus dalam konduktor?
• Gambaran mikroskopis apa yang mendasari hukum Ohm dan konduktivitas?
• Bagaimana daya didisipasi saat arus mengalir melalui suatu resistansi?

Key concepts

• kerapatan arus
• hukum Ohm
• konduktivitas
• resistivitas
• model Drude
• pemanasan Joule
• relaksasi muatan
• persamaan kontinuitas

Key theories

Hukum Ohm dan konduktivitas

Dalam konduktor linier, kerapatan arus lokal sebanding dengan medan listrik, dengan konduktivitas sebagai konstanta proporsionalitas, yang mengarah pada hubungan yang dikenal antara tegangan, arus, dan resistansi.

Model konduksi Drude

Memperlakukan pembawa muatan sebagai gas yang dipercepat oleh medan dan diacak oleh tumbukan menghasilkan konduktivitas yang ditentukan oleh kerapatan pembawa, muatan, dan waktu rata-rata antar tumbukan, memulihkan hukum Ohm.

Clinical relevance

Konduksi dan hukum Ohm mengatur semua sirkuit resistif dan disipasi daya, desain konduktor dan pemanas resistif, pengukuran impedansi elektrokimia dan bioelektrik, serta pemodelan aliran arus dalam jaringan biologis.

History

Ohm menetapkan proporsionalitas antara arus dan tegangan pada tahun 1827. Joule mengukur pemanasan resistif pada tahun 1840-an, dan model gas elektron Drude tahun 1900 memberikan penjelasan mikroskopis pertama tentang konduktivitas, yang kemudian disempurnakan oleh teori kuantum padatan.

Key figures

• Georg Simon Ohm
• Paul Drude
• James Prescott Joule

Seminal works

• ashcroft1976
• jackson1998

Frequently asked questions

Apakah hukum Ohm merupakan hukum alam yang fundamental?

Tidak; ini adalah hubungan empiris, perkiraan yang berlaku baik untuk banyak material dalam berbagai kondisi tetapi gagal untuk perangkat non-ohmik seperti dioda dan pada medan yang sangat tinggi.

Mengapa konduktor memanas saat mengalirkan arus?

Pembawa muatan yang dipercepat oleh medan kehilangan energi dalam tumbukan dengan kisi, mentransfernya sebagai panas; pemanasan Joule ini sebanding dengan resistansi dan kuadrat arus.