G.S. Ohm / Ohmi seadus (2)

Georg Simon Ohm
Ohmi seadus
Järeldusele pinge ja voolutugevuse võrdelisuse kohta jõudis 1862 aastal oma katsete tulemusi üldistades sakslasest kooliõpetaja G.S. Ohm. Nende katsete tegemine nõudis suurt osavust. Ohmil polnud ei volti -ega ampermeetrit. Pinget mõõtis ta elektromeetriga ja voolutugevust magnetnõela pöördumise põhjal vooluga juhtme läheduses.
Georg Simon Ohm sündis 16. märtsil 1789.aastal Erlangenis Saksamaal protestantlikus peres. Tema isa oli lukksepp ja ema pärines rätsepa perekonnast. Georg läks 11-aastaselt õppima gümnaasiumi, kuid pakutud kooliharidus jäi algeliseks. Tegeliku hariduse sai Georg oma isalt Johann Wolfgangilt. 1805. aastal astus Ohm Erlangeni ülikooli, kuid eelistas õppimisele pidutsemist. Poja käitumisest tigestunud isa saatis ta Šveitsi, kus ootas matemaatikaõpetaja ametikoht. Neli aastat hiljem soovis noormees pöörduda tagasi ülikooli, kuid matemaatikaprofessor Langsdorfi soovitusel jätkas siiski õpinguid iseseisvalt. 1817. aastani õpetas Ohm riiklikes koolides matemaatikat, veendudes üha enam sellise töö väheses tululikkuses. Seejärel pakuti talle tasuvamat tööd Kölni jesuiidigümnaasiumis, kus oli ka korralik füüsikalabor. 1825. aastal leppis ta poole palgaga, saades sel viisil võimaluse uurimistöödele pühenduda. Järgneva kahe aasta jooksul tõestas ta, et voolutugevus alalisvooluahelas sõltub antud lõigu potentsiaalide vahest. Aastal 1833 sai ta professori koha Nürnbergis, kuid mitte ülikoolis. Alles kaks aastat enne surma täitus Ohmi eluunistus: Müncheni ülikool kutsus ta füüsikaprofessoriks Georg Simon Ohm suri 6. juulil 1854.aastal Münchenis.
Ohm avastas voolutugevuse sõltuvuse pingest vooluringi osas ja voolutugevuse seaduse kogu suletud vooluringis. Seejuures tuli tal ületada suuri raskusi. Ta konstrueeris ise tundliku mõõteriista voolutugevuse mõõtmiseks. Pingeallikana kasutas Ohm termopaari. Termopaari pinge muutmiseks muutis ta jootekohtade temperatuuride vahet. Ohm leidis ka juhi takistuse sõltuvuse juhi pikkusest ja ristlõike pindalast.
Jadaühendus e. jadalülitus on elektriahela elementide ühendusviis, mille puhul kõik elemendid on ühendatud vooluahelasse järjestikku. Ahela katkemisel katkeb vool kõigis elementides.
Kõiki vooluringi elemente läbib ühe ja sama väärtusega voolutugevus.
I = I1 = I2 = ... = In
Jadaühenduses on ahela kogutakistus võrdne kõigi elementide takistuste summaga .
R = R1 + R2 + ... Rn
Tarbijate jadalülituse korral on R alati suurem kui kõige suurema takistusega elemendi takistus eraldi võetuna. Vooluallika pinge jaguneb jadalülitusse ühendatud elementide vahel võrdeliselt nende takistusega. Mida suurem on elemendi takistus, seda suurem on temale langev osapinge ehk nn. pingelang. Jadaühendusel kogupinge võrdub üksikute pingete summaga. Kogu pinge jaguneb üksikute takistuste vahel.
Rööp- ehk paralleelühenduses jaguneb elektriahel harudeks . Ühe haru katkemisel lakkab vool ainult selles, teistes harudes töötavad elektritarvitid sõltumatult edasi. Elektriallika pinge mõjub kõikidele harudele võrdselt. U = U1 = U2 = ... = Un
Kuna vooluringi hargnemispunkti ei saa elektrilaengud koguneda, siis on sellesse punkti saabuvate laengute kogus võrdne sellest mööda harusid väljuvate laengute summaga.
I = I1 +I2 + ... In
ehk üksikute harude voolutugevuste summa võrdub rööpühenduse koguvooluga. Rööbiti ühendatud elementide kogutakistuse pöördväärtus võrdub nende takistuste pöördväärtuse summaga. Tarbijate rööplülituse korral on kogutakistus R alati väiksem kui kõige suurema takistusega elemendi takistus ahelas eraldi võetuna. Voolude hargnemisel on iga haru vool pöördvõrdeline selle haru takistusega, st mida suurem haru takistus on, seda väiksem vool seal on.
Juhi takistus R on võrdeline tema pikkusega I. Juhi takistus R on pöördvõrdeline juhi ristlõikepindalaga S ning kui kõik selle kokku võtta kujule , kus võrdetegurit nimetatakse antud aine eritakistuseks. Eritakistus iseloomustab ainet, millest see keha koosneb. Aine eritakistus näitab, kui suur on sellest ainest valmistatud, ühikulise pikkuse ja ühikulise ristlõikepindalaga keha takistus. Eritakistuse ühikuks on oom korda meeter ehk oom-meeter.
Elektrilistest mõõteriistadest voltmeeter ühendatakse vooluringi uuritava osaga paralleelselt ehk rööbiti. Just siis rakendub voltmeetrile ja uuritavale seadmele sama pinge. Mida suurem on voltmeetri takistus, seda vähem mõjutab voltmeeter rööpühenduse kogutakistust ja seega ka mõõdetava pinget. Niisiis peab voltmeetri takistus olema võimalikult suur.
Järgmine mõõteriist on ampermeeter , mis ühendatakse vooluringi järjestikku ehk jadamisi, sest ampermeetrit peab läbima kogu mõõdetav vool. Voolutugevus ahelas muutub ampermeetri lisamisel seda rohkem, mida suurem on ampermeetri takistus, seega peab ampermeetri takistus olema väike.
Elektromeeteriks nimetatakse metallikesta paigutatud ja skaalaga varustatud elektroskoopi. Selle seadme töö põhineb samamärgiliste laengute tõukumisel. Mida suurem on elektroskoobi liikuvate detailide laeng, seda kaugemale teineteisest nad asetuvad. Elektromeeter koosneb metallvardast ja osutist, mis võib ümber horisontaaltelje pöörduda. Varras koos osutiga on kinnitatud orgaanilisest klaasist muhvi abil silindrilise metallkesta ümber. Kest on mõlemalt poolt suletud klaaskaanega. Kui anda näiteks eboniitpulgale elektrilaeng , hõõrudes seda karusnaha või paberiga, ning puudutada sellega elektromeetri varrast siis osuti kaldub kõrvale, kuna elektrilaengud lähevad eboniitpulgalt üle vardale ja osutile ning varda ja osuti ühenimelised laengud tõukuvad. Ohmi seadus väidab et voolutugevus juhis on võrdeline juhi otstele rakendatud pingetega.
Ohmi seadus kogu vooluringi kohta. Vooluringis tagab laengu ringkäigu vooluallikas . Vooluallikaks nimetatakse seadet, mis muundab mitteelektrilist energiat elektrienergiaks. Vooluallikas toimivaid jõude nimetatakse nende mitteelektrilise päritolu tõttu kõrvaljõududeks. Lõppkokkuvõttes panevad laengu liikuma kõrvaljõud kogu vooluringis. Alalisvooluringis kasutatakse kõige rohkem keemilisi vooluallikaid. Esimese keemilise vooluallika valmistas A. Volta aastal 1799.
Elektromootorjõud ja Ohmi seadus. Elektromootorjõud on maksimaalne pinge, mida antud vooluallikas üldse suudab tekitada. Elektromootorjõud polegi üldse mitte tegelikult jõud vaid pinge ning tema ühikuks on volt. Elektromootorjõud näitab, kui suure töö teevad kõrvaljõud selleks, et toimetada vooluringi suvalises punktis paiknev positiivne ühiklaeng läbi kogu ringi samasse punkti tagasi. Töö Av ja laengu q jagatis on aga pinge U, mis tekib väljaspool vooluallikat ehk välistakistusel. See pinge on Ohmi seaduse abil esitatav kujul . Elektromootorjõud võrdub välistakistusel ja sisetakistusel tekkivate pingete summaga ehk voolutugevuse leidmiseks tuleb elektromootorjõud jagada vooluringi kogutakistusega. Seda seost nimetatakse Ohmi seaduseks kogu vooluringi kohta. Ohm väidabki, et voolutugevus ahelas on võrdeline elektromootorjõuga ja pöördvõrdeline ahela kogutakistusega.
Ohmi seadust käsitledes tuleb välja et alalisvooluringis paikneva juhi otstele on rakendatud pinge. Pinge ongi töö, mida teevad elektrijõud ühikulise laengu nihutamisel ühest punktist teise.