Condutividade e Lei de Ohm
Em meios condutores, um campo elétrico impulsiona uma corrente proporcional a ele, com a condutividade definindo a razão e a dissipação resistiva.
Definition
A lei de Ohm estabelece que em muitos materiais a densidade de corrente é proporcional ao campo elétrico através da condutividade; a condutividade quantifica a facilidade com que um meio transporta corrente, e o movimento resultante da carga dissipa energia na forma de calor.
Scope
Este tópico abrange correntes estacionárias e quase-estacionárias em meios condutores: densidade de corrente e conservação de carga, as formas microscópica e macroscópica da lei de Ohm, condutividade e resistividade elétrica, o modelo de Drude de condução, aquecimento Joule e dissipação de potência, e o relaxamento de carga em condutores. Ele trata da condução clássica, deixando o transporte quântico para a física da matéria condensada.
Core questions
- Como um campo elétrico impulsiona a corrente em um condutor?
- Qual imagem microscópica fundamenta a lei de Ohm e a condutividade?
- Como a potência é dissipada à medida que a corrente flui através de uma resistência?
Key concepts
- densidade de corrente
- lei de Ohm
- condutividade
- resistividade
- modelo de Drude
- aquecimento Joule
- relaxamento de carga
- equação da continuidade
Key theories
- Lei de Ohm e condutividade
- Em um condutor linear, a densidade de corrente local é proporcional ao campo elétrico, com a condutividade como a constante de proporcionalidade, levando à relação familiar entre tensão, corrente e resistência.
- Modelo de Drude de condução
- Tratar os portadores de carga como um gás acelerado pelo campo e randomizado por colisões produz uma condutividade definida pela densidade de portadores, carga e tempo médio entre colisões, recuperando a lei de Ohm.
Clinical relevance
A condução e a lei de Ohm governam todos os circuitos resistivos e a dissipação de potência, o projeto de condutores e aquecedores resistivos, medições de impedância eletroquímica e bioelétrica, e a modelagem do fluxo de corrente em tecidos biológicos.
History
Ohm estabeleceu a proporcionalidade entre corrente e tensão em 1827. Joule quantificou o aquecimento resistivo na década de 1840, e o modelo de gás de elétrons de Drude de 1900 forneceu a primeira explicação microscópica da condutividade, posteriormente refinada por teorias quânticas de sólidos.
Key figures
- Georg Simon Ohm
- Paul Drude
- James Prescott Joule
Related topics
Seminal works
- ashcroft1976
- jackson1998
Frequently asked questions
- A lei de Ohm é uma lei fundamental da natureza?
- Não; é uma relação empírica e aproximada que se mantém bem para muitos materiais em uma variedade de condições, mas falha para dispositivos não ôhmicos, como diodos, e em campos muito altos.
- Por que os condutores aquecem ao transportar corrente?
- Os portadores de carga acelerados pelo campo perdem energia em colisões com a rede, transferindo-a como calor; este aquecimento Joule é proporcional à resistência e ao quadrado da corrente.