على ماذا يعتمد قانون اوم

ينص قانون أوم على أن التيار الذي يمر في موصل بين نقطتين يتناسب مباشرة مع الجهد عبر النقطتين، وعند تقديم الثابتات اللازمة للتناسب والمقاومة، يتم الوصول إلى المعادلة الرياضية المعتادة التي تصف هذه العلاقة بأن الجهد يساوي التيار مضروبا في المقاومة (V = IR)، حيث يمثل I التيار الذي يمر في الموصل بوحدة الأمبير، و V يمثل الجهد المقاس عبر الموصل بوحدة الفولت، و R يمثل مقاومة الموصل بوحدة الأوم، وبشكل أكثر تحديدا، ينص قانون أوم على أن العلاقة بين الجهد والتيار في المواد الموصلة كهربائيا ثابتة ومستقلة عن شدة التيار، ويتم استخدام قانون أوم كعلاقة تجريبية لوصف التوصيلية الكهربائية للمواد الموصلة في الغالب، ومع ذلك، هناك بعض المواد التي لا تطيع قانون أوم وتسمى غير أومية .

ما الذي يقوم عليه ويدور حوله قانون اوم

يعتمد قانون أوم على فرق الجهد الكهربائي الذي يطبق على دائرة كهربائية بسيطة، وعلى قوة التيار الكهربائي الذي يمر بها مع تغير طول السلك المستخدم فيها. ينص هذا القانون على أن فرق الجهد الكهربائي بين طرفي ناقل معدني يتناسب طرديا مع قوة التيار الكهربائي الذي يمر به. وتم تسمية هذا القانون باسم العالم الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم، الذي وضعه. وقد وصف أوم في مقالة نشرت عام 1827 قياسات الجهد والتيار المطبقة عن طريق دوائر كهربائية بسيطة تحتوي على أسلاك ذات أطوال مختلفة، وشرح نتائجه التجريبية بواسطة معادلة أكثر تعقيدا .

قانون اوم

يستخدم في الفيزياء مصطلح قانون أوم للإشارة إلى التعميمات المختلفة للقانون، وعلى سبيل المثال، يشير الشكل المتجه للقانون المستخدم في الكهرومغناطيسية وعلوم المواد إلى أن J تمثل الكثافة الحالية في موضع معين في مادة مقاومة، وE تمثل المجال الكهربائي في ذلك الموضع، وσ هي معامل يعتمد على المواد تسمى الموصلية، وتعود إعادة صياغة قانون أوم هذا إلى غوستاف كيرشهوف .

تاريخ قانون اوم

في يناير 1781، قبل عمل جورج أوم، قام هنري كافينديش بتجربة جرار ليدن أنابيب زجاجية مليئة بمحلول الملح والتي تتميز بقطر وطول مختلفين، وذلك عن طريق قياس التيار الكهربائي بواسطة ملاحظة الصدمة التي حدثت له عند إكمال الدائرة بجسمه، وكتب كافينديش بأن “السرعة” (التيار الكهربائي) تختلف بشكل مباشر مع “درجة الكهرباء” (الجهد)، ولم ينشر نتائجه لعلماء آخرين في ذلك الوقت، وظلت نتائجه غير معروفة حتى نشرها ماكسويل في عام 1879، وقام فرانسيس رونالدز بتحديد “شدة” (الجهد) و”الكمية” (التيار الكهربائي) للكومة الجافة، وتم استخدام الإلكتروميتر ورقة الذهب كمصدر للجهد العالي في عام 1814، ووجدت كومة جافة أن العلاقة بين المتغيرين لم تكن متناسبة في ظل ظروف أرصاد جوية معينة، وعمل أوم في مجال المقاومة في عامي 1825 و1826 ونشر نتائجه في عام 1827 .

ربما كان قانون أوم هو أحد أهم المفاهيم الكمية المبكرة في فيزياء الكهرباء، ونرى الآن أنه واضح تقريبا، ولكن عندما نشر أوم أعماله لأول مرة، لم يكن الأمر كذلك، واجهت أعماله ردود فعل سلبية من النقاد واعتبروها “شبكة من الأوهام العارية”، وأعلن وزير التعليم الألماني أن “الأستاذ الذي قدم هذه النظريات لا يستحق تعليم العلوم”. كانت الفلسفة العلمية السائدة في ألمانيا في ذلك الوقت تعتقد أنه ليس هناك حاجة لإجراء تجارب لفهم الطبيعة لأنها مرتبة جيدا، ويمكن استنتاج الحقائق العلمية من التفكير فقط. كان شقيق أوم، العالم الرياضي مارتن، ينتقد نظام التعليم الألماني. كل هذه العوامل أثرت على قبول عمل أوم، ولم يحظ بتقدير واسع حتى الأربعينيات من القرن التاسع عشر، ومع ذلك، تم تقدير إسهامات أوم في العلوم قبل وفاته .

قانون أوم في القرن 19

في الخمسينيات من القرن التاسع عشر، عرف قانون أوم على هذا النحو واعتبر مثبتا على نطاق واسع. وأصبحت البدائل مثل “قانون بارلو” مصداقية من حيث التطبيقات الحقيقية لتصميم نظام التلغراف. وناقشها صموئيل إف بي مورس في عام 1855. وفي الخمسينيات من القرن التاسع عشر عرف قانون أوم على هذا النحو واعتبر مثبتا على نطاق واسع. وتم اكتشاف الإلكترون في عام 1897 من قبل جيه جيه وتومسون، وسرعان ما أدركوا أن الجسيم (حامل الشحنة) هو الذي يحمل التيارات الكهربائية في الدوائر الكهربائية .

في عام 1900، اقترح بول درود نموذج التوصيل الكهربائي الأول (الكلاسيكي)، وقدم شرحا علميا لقانون أوم في هذا النموذج. يتألف الموصل الصلب فيه من شبكة ثابتة من الذرات (أيونات)، وتتحرك إلكترونات التوصيل بشكل عشوائي فيه. يؤدي تطبيق الجهد على الموصل إلى وجود مجال كهربائي، مما يسرع حركة الإلكترونات في اتجاه المجال الكهربائي، وبالتالي ينتج تيار كهربائي نتيجة لتحرك الإلكترونات. ومع ذلك، تتصادم الإلكترونات مع الذرات وتنتشر منها، مما يقلل من سرعتها ويحول الطاقة الحركية الزائدة إلى حرارة. وباستخدام التوزيعات الإحصائية، يمكن إثبات أن سرعة انجراف الإلكترونات، وبالتالي التيار الكهربائي، تتناسب مع المجال الكهربائي، وبالتالي الجهد على مدار واسع من الفولتية .

نطاق قانون اوم

قانون أوم هو قانون تجريبي يستند إلى العديد من التجارب والتي أظهرت أن التيار يتناسب تقريبا مع المجال الكهربائي لمعظم المواد. وعلى الرغم من أنه يعتبر أقل أهمية من معادلات ماكسويل ولا يتم الالتزام به دائما، إلا أنه يمكن أن ينهار أي مادة تحت حقل كهربائي قوي بما فيه الكفاية، وبعض المواد غير مهمة تحت الحقول الضعيفة. تمت ملاحظة قانون أوم على مجموعة واسعة من المقاييس الطولية، وفي أوائل القرن العشرين كان يعتقد أنه لن ينطبق على المستوى الذري، ولكن التجارب لم تثبت ذلك، ومنذ عام 2012 أثبت الباحثون أن قانون أوم ينطبق على أسلاك السيليكون التي لا يقل عرضها عن أربعة ذرات وارتفاع واحد في الذرة .