ஓமின் விதி

கட்டற்ற கலைக்களஞ்சியமான விக்கிப்பீடியாவில் இருந்து.
தாவிச் செல்லவும்: வழிசெலுத்தல், தேடல்
R அளவு மின்தடையின் இருமுனைகளுக்கிடையே V அளவு மின்னழுத்த மூலத்தை இணைக்கும் பொழுது I அளவு மின்னோட்டம் பாய்கிறது. ஒமின் விதிப்படி, V = I x R.

R என்ற மின்தடை(resistance) கொண்ட ஒரு மின் கடத்தியின்(resistor) (எ.கா. உலோகங்கள்) இரு முனைகளுக்கிடையே, V என்ற அளவுக்கு மின்னழுத்தம்(voltage) கொடுக்கும் போது, I என்ற அளவுக்கு மின்னோட்டம்(current) பாய்கிறது என்றால்,

V = IR

என்பது ஓமின் விதி(Ohm's law).[1] வேறுவிதமாகக் கூறுவதென்றால், மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும், மின்னோட்டத்திற்கும் இடையேயான விகிதம் ஓர் மாறா எண்(constant) ஆகும். அதாவது,

R={V \over I}

R என்ற இந்த மாறிலி எண்ணே(constant) மின் தடை எனப்படும்.[2] இதை ஜார்ஜ் ஓம் (Georg Ohm) என்ற செருமானிய அறிஞர் 1827-இல் முன் வைத்தார்.

மின்தடையின் அலகு ஓம் (Ω) (Ohm) ஆகும். இந்த அலகு,வோல்ட்டு/ஆம்ப்பியர் (volt/ampere),(வோல்ட்டு-நொடி/கூலாம்) (volt-second/coulomb) ஆகிய அலகுகளுக்கு இணையானது.

ஓமின் விதியை, இயல்பியல்(physics) துறையில் சற்று மாற்றி எழுதுவார்கள். ஒரு மின்தடையின் வழியாகப் பாயும் மின்சாரத்தின் மின் அடர்த்தி(current density,ஒரு புள்ளியில் J எனவும், அதே புள்ளியில் மின் புலம்(electric field) E எனவும், அந்த மின்தடையின் மின்கடத்துமை(conductivity) \sigma எனவும் வைத்துக் கொண்டால், ஓமின் விதியை

J=\sigma E

என்றும் எழுதலாம்.[3]

வரலாறு[தொகு]

ஜார்ஜ் ஓம்

ஜார்ஜ் ஓம் அவர்களுக்கு முன்னரே, 1781-இல், என்றி காவன்டிஷ்(Henry Cavendish) என்பவர், வேவ்வேறு அளவுள்ள கண்ணாடிக் குழாய்களில் உப்பு நீரை அடைத்து பல ஆய்வுகளைச் செய்தார். அதன் படி, மின்னழுத்த அளவு மாறினால் மின்னோட்டம் அளவும் மாறும் என்று கண்டறிந்தார். ஆனால், தம் கண்டுபிடிப்பை மற்ற ஆய்வாளர்கள் யாரிடமும் சொல்லாமல் விட்டு விடவே, இதைப் பற்றி யாருக்கும் தெரியாமல் போய் விட்டது.[4] அதற்குப் பிறகு வந்த ஜேம்சு மாக்சுவெல்(James Clerk Maxwell) என்ற அறிவியல் அறிஞர் அந்தக் கண்டுபிடிப்பை 1879-இல் வெளயிட்டார்.[5]

ஓம் தம்முடைய ஆராய்ச்சியை 1825–1826 ஆண்டுகளில் செய்து, கண்டு பிடிப்புகளை 1827-இல் Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet ("மின் சுற்று - ஓர் கணித முறை ஆய்வு")என்ற நூலாக வெளியிட்டார்.[6] தன்னுடைய ஆய்வில் அவர் கண்டறிந்ததை கீழ்க்கண்ட சமன்பாடாக எழுதினர்:

x = \frac{a}{b + l},

இதில், x மின்னோட்டத்தின் அளவையும், l மின் கடத்தியின் நீளத்தையும், a அவர் மின்கலனாகப் பயன்படுத்திய வெப்பமின் இரட்டையின்(thermocouple) வெப்பநிலையையும் குறிக்கும். b என்பது அவர் செய்த சோதனையைச் சார்ந்த ஒரு மாறிலி(constant) எண் ஆகும்.

இந்தக் கண்டு பிடிப்பை மற்ற ஆய்வாளர்கள் முதலில் ஏற்றுக் கொள்ளவில்லை.[7][8] 1840-உக்குப் பிறகு, அவர் கண்டுபிடிப்பை மற்றவர்கள் ஏற்றுக்கொண்டு, அவருக்கு உரிய மதிப்பைக் கொடுத்தனர்.

ஓமின் விதியின் பயன்பாட்டு அளவு(scope)[தொகு]

ஓமின் விதியில் ஒரு சில குறைகள் இருப்பதாக சிலர் நினைத்தனர். 1920-இல், மின்தடை வழியாகச் செல்லும் மின்னோட்டம் மின்தடையின் எல்லா இடங்களிலும் ஒரே அளவாக இருப்பதில்லை எனக் கண்டு பிடிக்கப் பட்டது. ஒவ்வொரு இடத்திலும் மாறி இருப்பதற்குக் காரணம் ஜான்சன்-நைகிஸ்ட் இரைச்சல் (Johnson–Nyquist noise) எனப்படும் ஒரு வகை மின்நோட்ட இரைச்சல்(noise in current) என்று கருதப் பட்டது. அதனால், ஒரு மின்தடையின் மதிப்பு எல்லா இடங்களிலும் ஒன்றாக இருப்பதில்லை.

எனவே, ஓமின் விதியை எல்லா இடங்களிலும் அப்படியே பயன்படுத்த இயலாது. எடுத்துக் காட்டாக, ஒரு மின் தடையின் இரு முனைகளிலும் மிக அதிக அளவில் மின்னழுத்தம் கொடுக்கும் போது, மின் தடைக்குள் மிக வன்மையான மின்புலம் உருவாகின்றது. இதனால், மின்தடையில் மின் முறிவு(electrical breakdown) ஏற்பட வழியுண்டு. அவ்வாறு மின் முறிவு ஏற்பட்டால், ஓமின் விதியின் படி எதிர் பார்த்ததைவிட அதிக அளவிலான மின்சாரம் பாயும். அது போலவே, ஒரு சில மின் கடத்திகளில், மிகக் குறைவான மின் அழுத்தம் கொடுக்கும் போது, ஓமின் விதியின் படி மின்னோட்டம் ஓடுவதில்லை.[9][10]

இருப்பினும், ஓமின் விதி பல இடங்களில் சரியாகவே இருக்கின்றது. அணு அளவில் நடக்கும் மின்னோட்டம் ஓமின் விதி சொல்வது போல் இருக்காது என்று 20-ஆம் நூற்றாண்டில் எதிர் பார்க்கப் பட்டது. ஆனால், அது தொடர்பான நடத்திய ஆய்வுகளில், அணு அளவில் ஓமின் விதி சரியாகவே செயல் படுகின்றது என்று ஏற்றுக் கொள்ளப் பட்டது. சொல்லப் போனால், 2012-இல் நடத்தப் பட்ட ஆய்வுகளின் படி, நான்கு அணுக்கள் அகலமும், ஒரு அணு உயரமும் கொண்ட சிலிகான்(silicon) கம்பிகளில் கூட ஓமின் விதி சரியாகவே செயல் படுகின்றது என்று அறியப் பட்டது.[11]

அணு அளவிலான விளக்கங்கள்[தொகு]

ட்ரூட் மின்னோட்ட விளக்கம்: எதிர்மின்னிகள்(நீல நிறத்தில் இருப்பவை), அணுக்கள்(சிவப்பு நிறத்தில் இருப்பவை) மீது மோதித் திரும்பபுகின்றன.

ஓமின் விதியை அணு அளவில் எவ்வாறு புரிந்து கொள்வது(Microscopic origins) என்பது பற்றி பால் ட்ரூட்(Paul Drude) 1900-இல் ஒரு விளக்கம் கொடுத்தார்.[12][13]இதன் படி, ஒரு மின் கடத்தியில் மின்னழுத்ததைக் கொடுக்கும் போது அதில் மின்புலம் உருவாகின்றது. அந்த மின்புலம் மின்கடத்தியில் உள்ள எதிர்மின்னிகளைக்(electrons) கவர்ந்து இழுத்து ஒரே திசையில் ஓட வைக்கின்றது. இவ்வாறு எதிர்மின்னிகள் ஓடுவதால் மின்கடத்தியில் மின்னோட்டம் நடை பெறுகின்றது. எதிர்மின்னிகள் ஓடும் போது மின்கடத்தியில் உள்ள அணுக்கள் மீது மோதி சிதறி திசை மாறுகின்றன. திசை மாறிய எதிர்மின்னிகள் மற்ற அணுக்களோடு மீண்டும் மோதிச் சிதறுகின்றன. இருப்பினும், மொத்தத்தில், மின்புலத்தின் திசையை நோக்கி எதிர்மின்னிகள் நகருகின்றன. இவ்வாறு நகருகின்ற எதிர்மின்னிகளின் வேகம் v, உந்தம்(momentum) p, மின்புலத்தின் அளவு E, ஒரு எதிர்மின்னியின் மின்னூட்டம்(charge) -e, மோதல்களுக்கிடையுள்ள நேரம் τ எனக் கொண்டால், p = −eEτ என்று பால் ட்ரூட் கணக்கிட்டுக் கூறினார். இந்தச் சமன்பாட்டின் படி, E அதிகமாகும் போது, p அதிகமாகின்றது; p அதிகமானால், v அதிகமாகிறது. அதாவது, மின்னோட்டம் அதிகமாகிறது. ஓமின் விதி சொல்வது இதுவே: மின்னழுத்தம் அதிகமாகும் போது மின்னோட்டம் அதிகமாகும்.

நீர்ம ஒப்புமை[தொகு]

மின்னோட்டத்தை நீரோட்டத்தோடு ஒப்பிட்டும், அதாவது நீர்ம ஒப்புமை(hydraulic analogy), ஓமின் விதியை நாம் விளங்கிக் கொள்ளலாம். நீர் அழுத்தம் என்பது மின்னழுத்தம், நீரோட்டம் என்பது மின்னோட்டம், நீரோட்டத் தடை என்பது மின்தடை என்று கொண்டால், நீர் அழுத்தம் அதிகமானால் நீரோட்டமும் அதிகமாகும் என்பது மின்னழுத்தம் அதிகமாகும் போது மின்னோட்டம் அதிகமாகும் என்ற ஓமின் விதி போன்று உள்ளது எனலாம்.(நீரோட்டத் தடை என்பது நீரோட்டத்தைக் குறைப்பதற்காக வைக்கப் படும் தடைகள் ஆகும்.)

மின்சுற்று பகுப்பாய்வு[தொகு]

ஓமின் விதி, மின் சுற்றுகளைப் பகுத்து அலசிப் பார்க்க (circuit analysis) பெரிதும் துணையாக இருக்கும். ஓமின் சமன்பாட்டை நாம் எப்படி வேண்டுமானாலும் எழுதிக் கொள்ளலாம்: [14][15]

I = \frac{V}{R} \quad \text{or}\quad V = IR \quad \text{or} \quad R = \frac{V}{I}.

மின்தடைச் சுற்றுகள்[தொகு]

மின்தடைச் சுற்றுகள்(resistive circuits) என்பது மின்தடைகள் மட்டுமே கொண்ட மின் சுற்றுகள் ஆகும். இதில் மின்தேக்கி (capacitor), மின்தூண்டி(inductor) போன்ற மின் பாகங்கள் (மின் கூறுகள்,components)இருக்காது. இப்படிப் பட்ட சுற்றுக்களை ஓமின் விதி கொண்டு ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் எவ்வளவு மின் அழுத்தம் உள்ளது, ஒவ்வொரு மின் தடையிலும் எவ்வளவு மின்னோட்டம் செல்கிறது என்று எளிதாகக் கணக்கிட முடியும்.

எதிர்இயக்கச் சுற்றுக்கள்[தொகு]

எதிர்இயக்கச் சுற்றுக்களில்(reactive circuits), மின் தடை R, எதிர் இயக்கப் பொருள்களான மின்தேக்கி C , மின்தூண்டி L ஆகியனவும் இருக்கும். இது போன்ற சுற்றுக்களில், ஒருதிசை மின்னோட்டத்தைக் (direct current) காட்டிலும், மாறுதிசை மின்னோட்டமே (alternating current) பெரிதும் செலுத்தப் படும். மாறுதிசை மின்னோட்டத்தின் அதிர்வெண் f என்று வைத்துக் கொண்டால், C-இன் மின்னெதிர்ப்பு \frac{1}{j \omega C} எனவும், L-இன் மின்னெதிர்ப்பு j \omega L எனவும் இருக்கும். இதில், w=2 \pi f, மற்றும் கற்பனை எண் j=sqrt(-1). மின்னியலில், j \omega என்பதை s என்ற எழுத்தாலும், மின்னெதிர்ப்பை Z என்ற எழுத்தாலும் குறிப்பிடுவர். எனவே, ஓமின் விதியைக் கீழ்க் கண்டவாறு குறிப்பிடலாம்:[16]

மின்தூண்டி L-இன் மின்னெதிர்ப்பு:

Z = sL\,

மின்தேக்கி C -இன் மின்னெதிர்ப்பு:

Z = \frac{1}{sC}.

ஓமின் விதி:

\boldsymbol{V} = \boldsymbol{I} \cdot \boldsymbol{Z}

வெளி இணைப்புகள்[தொகு]

உசாத்துணை[தொகு]

  1. Robert A. Millikan and E. S. Bishop (1917). Elements of Electricity. American Technical Society. p. 54.
  2. Oliver Heaviside (1894). Electrical papers 1. Macmillan and Co. p. 283. ISBN 0-8218-2840-1.
  3. Olivier Darrigol, Electrodynamics from Ampère to Einstein, p.70, Oxford University Press, 2000 ISBN 0-19-850594-9.
  4. "Electricity". Encyclopædia Britannica (1911).
  5. Sanford P. Bordeau (1982) Volts to Hertz...the Rise of Electricity. Burgess Publishing Company, Minneapolis, MN. pp.86–107, ISBN 0-8087-4908-0
  6. G. S. Ohm (1827). Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. Berlin: T. H. Riemann. http://www.ohm-hochschule.de/bib/textarchiv/Ohm.Die_galvanische_Kette.pdf. 
  7. Davies, B, "A web of naked fancies?", Physics Education 15 57–61, Institute of Physics, Issue 1, Jan 1980 [1]
  8. Hart, IB, Makers of Science, London, Oxford University Press, 1923. p. 243. [2]
  9. Purcell, Edward M. (1985), Electricity and magnetism, Berkeley Physics Course, 2 (2nd ed.), McGraw-Hill, p. 129, ISBN 0-07-004908-4 
  10. Griffiths, David J. (1999), Introduction to electrodynamics (3rd ed.), Prentice Hall, p. 289, ISBN 0-13-805326-X 
  11. Weber, B.; Mahapatra, S.; Ryu, H.; Lee, S.; Fuhrer, A.; Reusch, T. C. G.; Thompson, D. L.; Lee, W. C. T. et al. (2012). "Ohm's Law Survives to the Atomic Scale". Science 335 (6064): 64–67. doi:10.1126/science.1214319. http://www.sciencemag.org/content/335/6064/64. 
  12. Drude, Paul (1900). "Zur Elektronentheorie der metalle". Annalen der Physik 306 (3): 566. doi:10.1002/andp.19003060312. Bibcode1900AnP...306..566D. http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/112485959/PDFSTART. 
  13. Drude, Paul (1900). "Zur Elektronentheorie der Metalle; II. Teil. Galvanomagnetische und thermomagnetische Effecte". Annalen der Physik 308 (11): 369. doi:10.1002/andp.19003081102. Bibcode1900AnP...308..369D. http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/112485893/PDFSTART. 
  14. James William Nilsson and Susan A. Riedel (2008). Electric circuits. Prentice Hall. p. 29. ISBN 978-0-13-198925-2. http://books.google.com/?id=sxmM8RFL99wC&pg=PA29&dq=%22Ohm%27s+law+expresses+the+voltage%22++%22V+%3D+iR%22. 
  15. Alvin M. Halpern and Erich Erlbach (1998). Schaum's outline of theory and problems of beginning physics II. McGraw-Hill Professional. p. 140. ISBN 978-0-07-025707-8. http://books.google.com/?id=vN2chIay624C&pg=PA140&dq=%22Ohm%27s+law+that+R%3D+V/I+is+a+constant%22. 
  16. Rajendra Prasad (2006). Fundamentals of Electrical Engineering. Prentice-Hall of India. ISBN 978-81-203-2729-0.
"http://ta.wikipedia.org/w/index.php?title=ஓமின்_விதி&oldid=1826613" இருந்து மீள்விக்கப்பட்டது