Ohm Yasası, elektrik devrelerinde gerilim, akım ve direnç arasında bulunan temel ve doğrusal ilişkiyi ifade eden temel bir fizik yasasıdır. Bu yasa, belirli koşullar altında, özellikle sabit sıcaklık ve sabit malzeme özellikleri kapsamında, bir iletkene uygulanan potansiyel farkın o iletkenden geçen elektrik akımı ile doğru orantılı olduğunu belirtir. Başka bir ifadeyle, devredeki gerilim ile akım arasındaki ilişki doğrudan orantılıdır ve bu orantı sabiti direnç olarak adlandırılır. Yasanın en temel matematiksel ifadesi aşağıdaki gibidir:

$V=I\times R$

Bu formülde:

• $V$ devredeki potansiyel fark [V]
• $I$ elektrik akımı [A]
• $R$ ise direnç [$\Omega$] olarak tanımlanır.

Bu formül, elektrik mühendisliği ve fizik alanlarında temel alınan prensiplerden biridir ve basit elektrik devrelerinin analizinde yaygın şekilde kullanılır. Bununla birlikte, Ohm Yasası’nın geçerliliği yalnızca doğrusal ve ohmik malzemeler için geçerlidir. Ohmik malzemeler, gerilim ile akım arasında lineer bir ilişki sergileyen ve sabit bir direnç değerine sahip olan maddelerdir. Ancak bazı yarı iletken malzemeler, diyotlar ve elektrolitik çözeltiler gibi diğer materyallerde bu doğrusal ilişki gözlenmez ve direnç akım veya gerilime bağlı olarak değişkenlik gösterebilir.

Ohm Yasası Üçgeni

^{Ohm Yasası Üçgeni (Yapay Zeka ile Oluşturulmuştur.)}

Bu temsile göre:

Gerilim: $V=I\times R$

Akım:$I = V\div R$

Direnç: $R = V \div I$

Buna ek olarak, elektrik devrelerinde enerji aktarımını ve kayıplarını anlamak için elektrik gücü (P) kavramı kullanılır. Elektrik gücü, belirli bir süre içerisinde elektrik enerjisinin harcanma hızını gösterir ve şu temel formülle ifade edilir:

$P = V.I$

Ohm Yasası’nın yukarıdaki temel denklemleri kullanılarak, güç hesaplamaları aşağıdaki alternatif şekillerde de yazılabilir:

$P = I^2\times R$

veya

$P = V^2 \div R$

Bu formüller, devrelerde direnç nedeniyle meydana gelen güç kaybını (ısı enerjisi) hesaplamayı mümkün kılar.

Tarihsel Gelişim

Georg Simon Ohm’un bu yasayı formüle etme süreci 1825-1827 yılları arasında yoğun bir deneysel ve kuramsal çalışmayla şekillenmiştir. Ohm, öncelikle elektrostatik kuvvetlerdeki “kayıp” fikrinden yola çıkarak, devre elemanlarının elektriksel davranışlarını gözlemlemiştir. İlk deneylerini volta pili ile gerçekleştirmiş, ancak bu güç kaynağının kararsızlığı sebebiyle daha sonra Seebeck’in geliştirdiği termoelektrik çift (termokupl) kullanmaya başlamıştır.

Ohm’un deney düzeneği üç temel bileşenden oluşuyordu: bir güç kaynağı (başlangıçta voltaik pil, sonra termokupl), bir iletken tel (farklı uzunluk ve kesitlerde), ve manyetize bir iğne ile ölçüm yapan torsiyon terazisi. Bu düzeneği kullanarak, iletkenin uzunluğu ve kesit alanının elektrik akımı üzerindeki etkilerini ölçmeyi başardı. Bu deneysel gözlemler, Ohm’un “iletim yasası” olarak nitelendirdiği ilişkinin temellerini oluşturdu.

1826 yılında yayımladığı çalışmasında, metal iletkenlerdeki iletkenliğin bir yasa ile tanımlanabileceğini açıkladı. 1827’de yayımlanan matematiksel incelemesinde ise bu yasa genel ve soyut bir çerçevede sunuldu. Bu çalışmada Ohm, elektriğin bir “gerilim kaynağından” “iletkenlik kanallarına” yayıldığını ifade eden bir yaklaşım benimsemiştir. Ohm, elektriksel büyüklükleri tanımlarken “elektroskopik kuvvet”, “erregende Kraft” (uyarıcı kuvvet) ve “Kraftverlust” (kuvvet kaybı) gibi terimler kullanmıştır; bu da dilinin zaman içinde deneysel yaklaşımla birlikte değiştiğini gösterir.

Georg Simon Ohm’un adı bugün yalnızca yasa ile değil, aynı zamanda direnç birimi olan “ohm” ($\Omega$) ile de anılmaktadır. Ölümünden sonra, 1860’larda Britanya Bilim Geliştirme Derneği tarafından, elektriksel direnç birimine “ohmad” adı verilmiş, bu daha sonra kısaca “ohm” olarak standartlaştırılmıştır. Ohm’un bu katkısı, fizik tarihinde bireysel gözlem, deney ve soyutlama gücünün bir sembolü olarak değerlendirilmektedir.

^{George Simon Ohm (Picryl)}

Direnç Kavramı

Elektrikte direnç, bir iletkenin elektrik akımının geçişine gösterdiği engel olarak tanımlanır. Direncin büyüklüğü, malzemenin türüne, sıcaklığa, geometrik boyutlarına ve diğer fiziksel koşullara bağlıdır. Ancak birçok eğitim materyalinde Ohm Yasası direnç kavramının tanımı olarak verilir. Oysa ki, yasayla ifade edilen ilişki bir deneysel gözlemdir ve direnç kavramı yasadan ayrı olarak ele alınmalıdır.

Direnç, akım ile gerilim arasındaki oranın sabit olduğu durumlarda tanımlanabilir. Bu durum, malzemenin sabit sıcaklıkta ve ohmik davranış gösterdiği koşullarda geçerlidir. Dolayısıyla, yasayı direnç olarak yorumlamak kavramsal karmaşaya yol açabilir; çünkü direnç ve yasa, bir tanım ve bir fiziksel ilişki olarak birbirinden farklıdır.

Mikroskobik Yaklaşımlar ve Yasanın Sınırları

Ohm Yasası, makroskobik bir fiziksel yasa olmakla beraber, mikroskobik seviyede serbest elektronların hareketiyle ilişkilendirilebilir. Klasik Drude modeli, metallerdeki serbest elektronların elektrik alan etkisi altında ivmelenerek atom çekirdekleri ile çarpışmalar yaşadığını ve bu etkileşimlerin ortalama bir sürüklenme hızı oluşturduğunu açıklar. Elektronların atomlarla yaptığı bu çarpışmaların sıklığı, iletkenin direncinin temel belirleyicisidir.

Sıcaklık arttıkça atomların titreşimleri yoğunlaşır ve elektronlarla çarpışmaların sayısı artar; bu da direncin yükselmesine sebep olur. Öte yandan, yarı iletkenlerdeki elektriksel davranış, bant yapısı modeline göre karmaşıklaşır. Elektronlar belirli enerji bantlarında hareket eder ve taşıyıcı yoğunlukları ile enerji bantlarının yapısı akım–gerilim ilişkisini doğrusal olmaktan çıkarır. Bu nedenle Ohm Yasası, yalnızca belirli malzeme ve sıcaklık koşullarında geçerliliğini korur.

Ohm Yasası, elektrik devrelerinin öğrenilmesinde temel bir konudur. Ancak yapılan eğitim araştırmaları, öğrencilerin yasanın fiziksel anlamını çoğunlukla kavrayamadığını, yalnızca formülleri ezberlediklerini göstermektedir. Bu durum, öğrencilerin elektrik devreleri ile ilgili uygulamalı sorularda (örneğin ampul parlaklığının karşılaştırılması) yanlış sonuçlar vermesine neden olur. Bu nedenle, eğitmenlerin Ohm Yasası’nı yalnızca matematiksel bir formül olarak değil, aynı zamanda fiziksel modeller ve mikroskobik mekanizmalar ile ilişkilendirerek anlatması tavsiye edilmektedir.

Uygulama Alanları

Ohm Yasası, elektrik devrelerinin tasarımında, direnç hesaplamalarında, enerji kaybı analizlerinde ve elektronik bileşenlerin karakterizasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca elektronik devre simülasyon programlarının temel hesaplama prensiplerinden biridir. Ancak, doğrusal olmayan elemanların bulunduğu devrelerde, yüksek frekans uygulamalarında ve çok düşük sıcaklıklarda kuantum etkilerinin belirginleştiği durumlarda yasa geçerliliğini kaybeder. Bu tür koşullarda daha karmaşık elektriksel modeller kullanılmaktadır.