قانون اهم: رابطه‌ای که بین ولتاژ، جریان و مقاومت الکتریکی برقرار می‌کند.

قانون اهم: رمز گشایی از رابطهٔ ولتاژ، جریان و مقاومت

ولتاژ، جریان و مقاومت: سه رکن اصلی الکتریسیته

قبل از هر چیز باید با شخصیت‌های اصلی داستان آشنا شویم. این سه مفهوم، ستون‌های قانون اهم هستند و درک آنها کار را بسیار ساده می‌کند.

به زبان ساده، ولتاژ مثل فشاری است که آب را به حرکت وا می‌دارد، جریان مقدار آبی است که حرکت می‌کند، و مقاومت همان مانعی است که سر راه آب قرار می‌گیرد. مثلاً در یک لامپ، رشتهٔ نازک داخل لامپ، مقاومت زیادی ایجاد می‌کند و عبور جریان از آن باعث گرم و روشن شدنش می‌شود.

فرمول ریاضی قانون اهم: مثلث جادویی

سال‌ها پیش، دانشمندی آلمانی به نام گئورگ سیمون اهم[۴] بعد از آزمایش‌های فراوان به این نتیجه رسید که بین این سه کمیت، یک رابطهٔ ساده و خطی برقرار است. او کشف کرد که اگر دمای یک سیم‌رسانا ثابت بماند، جریان عبوری از آن با ولتاژ دو سرش رابطهٔ مستقیم و با مقاومت آن رابطهٔ عکس دارد. این کشف بزرگ به نام خودش، قانون اهم نام گرفت.

با استفاده از این فرمول ساده می‌توانیم هر یک از این سه کمیت را محاسبه کنیم. کافیست دو تا از آنها را داشته باشیم. برای این کار می‌توانیم از یک مثلث جادویی کمک بگیریم:

$ V = I \times R $     $ I = \frac{V}{R} $     $ R = \frac{V}{I} $

مثال: فرض کنید یک لامپ با مقاومت ۱۰ اهمی را به یک باتری ۲۰ ولتی وصل می‌کنیم. جریان عبوری از لامپ چقدر است؟ $ I = \frac{V}{R} = \frac{20}{10} = 2 $ آمپر. یعنی هر ثانیه، ۲ کولن بار الکتریکی از لامپ عبور می‌کند و آن را روشن نگه می‌دارد.

کاربردهای روزمرهٔ قانون اهم در خانه و زندگی

شاید فکر کنید قانون اهم فقط در کتاب‌های فیزیک کاربرد دارد، اما اینطور نیست! هر روز و بی‌آنکه بدانید، با آن سر و کار دارید.

• کم و زیاد کردن نور لامپ (دیمر): در برخی از چراغ‌های مطالعه، با چرخاندن یک پیچ (که در واقع یک مقاومت متغیر است)، مقدار مقاومت مدار را تغییر می‌دهیم. با زیاد کردن مقاومت (R)، جریان (I) کم شده و نور لامپ کاهش می‌یابد.
• اتصال کوتاه: اگر دو سر یک سیم بدون مقاومت (یا با مقاومت بسیار کم) را مستقیماً به دو سر باتری وصل کنیم، جریان بسیار زیادی ایجاد می‌شود ($ I = \frac{V}{0} = \infty $ تقریبی). این جریان زیاد باعث داغ شدن سیم و باتری شده و می‌تواند خطر آتش‌سوزی داشته باشد. فیوزهای برق برای جلوگیری از این اتفاق طراحی شده‌اند؛ آنها با تشخیص جریان زیاد، مدار را قطع می‌کنند.
• خشک شدن موی سر با سشوار: درون سشوار یک المنت گرمایشی (یک سیم با مقاومت بالا) وجود دارد. وقتی جریان از این المنت عبور می‌کند، به دلیل مقاومت بالا، گرمای زیادی تولید می‌کند (این پدیده را با اثر ژول[۵] هم توضیح می‌دهند که خود از قانون اهم نتیجه می‌شود).

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی‌ها

[۱] اختلاف پتانسیل (ولتاژ): (Voltage) انرژی پتانسیل الکتریکی به ازای هر واحد بار الکتریکی.
[۲] شدت جریان: (Electric Current) مقدار باری که در واحد زمان از یک سطح معین عبور می‌کند.
[۳] مقاومت الکتریکی: (Electrical Resistance) خاصیتی از یک ماده که با عبور جریان الکتریکی مخالفت می‌کند.
[۴] گئورگ سیمون اهم: (Georg Simon Ohm) فیزیکدان آلمانی (۱۷۸۹–۱۸۵۴) که قانون معروف خود را در سال ۱۸۲۷ منتشر کرد.
[۵] اثر ژول: (Joule Heating) فرایندی که در آن عبور جریان الکتریکی از یک رسانا، تولید گرما می‌کند.