נוסח השאלה המקורי: מה הקשר, אם קיים בכלל, בין השדה החשמלי E לבין צפיפות הזרם J?
באופן פשטני, ישנו קשר ישר בין השדה החשמלי לצפיפות הזרם. למעשה זהו חוק אוהם (ohm) בתחפושת.
חוק אוהם, שהוא אחד החוקים הבסיסיים בחשמל, אומר (בניסוחו המוכר יותר) שהזרם שעובר דרך מוליך המחובר בין שתי נקודות במעגל חשמלי הוא פרופורציוני ישר למתח שבין שתי הנקודות, כאשר קבוע הפרופורציה הוא אחד חלקי ההתנגדות של המוליך. כאשר מדברים על רכיב בעל התנהגות "אוהמית" מתכוונים שהיחס נשאר יחס ישר עבור כל זרם שנעביר במוליך. במילים אחרות, אם נשרטט גרף של הזרם כפונקציה של המתח שנפעיל, נקבל קו ישר.
תיאור סכמטי של רכיב חשמלי המציית לחוק אוהם. Rהיא ההתנגדות, Vהוא המתח בין קצוות הרכיב ו-Iהוא הזרם ברכיב
ניסוח אחר לחוק אוהם מקשר בין צפיפות הזרם לשדה החשמלי המופעל בין קצוות המוליך והוא דומה מאוד לניסוח הקודם. בהסתכלות מיקרוסקופית, זרם חשמלי הוא אוסף של אלקטרונים הנעים במהירות מסוימת. צפיפות זרם מיוצגת ע"י וקטור שגודלו שווה למספר האלקטרונים העוברים ביחידת זמן דרך יחידת שטח, וכיוונו הוא ככיוון זרימת האלקטרונים. וקטור צפיפות הזרם פרופורציוני לוקטור השדה החשמלי, כאשר קבוע הפרופורציה הוא המוליכות הסגולית, והיא מדד לאיכות הולכת הזרם של החומר. המוליך הטוב ביותר הוא כסף, ואילו אויר יבש (ללא לחות) הוא מוליך גרוע ביותר.
אז מדוע התשובה "פשטנית"? היות שיש יוצאי דופן לחוק אוהם, כלומר לא תמיד הקשר הוא ישר. למשל ישנם רכיבים חשמליים שאינם מצייתים כלל לחוק אוהם, כמו דיודות, שעבורן עקומת המתח נגד זרם איננה קו ישר ואת ההתנגדות יש לקבוע באופן אמפירי (כלומר ע"י אקסטרפולציה של העקומה).
מאת: נעה זמשטיין
המחלקה לפיזיקה כימית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
