Вимір опору провідника: R =U/I→ 1 Ом = 1 В/1 А.

Електричний опір (R) - властивість електричного ланцюга (провідника) протидіяти електричному струму, що протікає по ній, що вимірюється при постійній напрузіна його кінцях ставленням цієї напруги до сили струму.

Природа електричного опору на основі електронних уявлень про будову речовини: "втрата" впорядкованого руху вільними зарядженими частинками у провіднику при їх взаємодії з іонами кристалічних ґрат.

Залежність електричного опору провідника від його довжини (реостати), поперечного перерізу та матеріалу. Питомий опір матеріалу провідника: .

Питання: Чому опір провідника залежить від його довжини, площі поперечного перерізу та матеріалу?

Для дроту = , де - Питома електрична провідність.

- (Закон Ома в диференціальній формі) - встановлює зв'язок між величинами кожної точки провідника.

Демонстрація залежності опору провідника від його температури (мале напруження). Температурний коефіцієнт опору.

Кордони застосування закону Ома.

IV. Завдання:

1. Визначте електричний заряд, що пройшов через поперечний переріз провідника опором 3 Ом при рівномірному наростанні напруги на кінцях провідника від 2 до 4 В протягом 20 с.

2. Визначити площу поперечного перерізу та довжину провідник з алюмінію, якщо його опір 0,1 Ом, а маса 54 г.

Запитання:

1. Поясніть, що опір дроту залежить від його матеріалу, довжини і площі поперечного перерізу.

2. Як відрізати шматок дроту опором 5 Ом?

3. Довжину мідного дроту витягуванням збільшили вдвічі. Як змінилося її опір?

4. Чому опір шкіри людини залежить від її стану, площі контакту, напруги, тривалості протікання струму?

5. Чи зміниться опір вольфрамового волоска електричної лампи, розрахованої на 120, якщо приєднати її до джерела струму з напругою 4 В?

6. Висота греблі – електрична напруга, Витрата води з отвору в основі греблі - сила струму. Чи вдала ця аналогія?

V. § 54 Упр. 10 № 3

1. Запропонуйте конструкцію та розрахуйте параметри реостату (матеріал дроту, довжина, площа поперечного перерізу), опір якого можна плавно змінювати від 0 до 100 Ом за максимальної сили електричного струму до 2 А.

2. Як змінюється опір дроту при його розтягуванні? Спробуйте встановити цю залежність у межах пружних деформацій. Запропонуйте конструкцію та розрахуйте параметри приладу (тензодатчика), призначеного для вимірювання механічної напруги.

додаткова інформація: Тензорезистивний ефект – зміна опору матеріалу під час деформації(Нещодавно створені матеріали з алюмінію та кремнію змінюють свій опір при ударі майже в 900 разів).

3. Запропонуйте конструкцію та опишіть електричну схемуприладу встановлення залежності питомого опору провідника від температури (можна з реостатом).

4. Виміряйте питомий опір води при кімнатній температурі та при температурі кипіння.

" Безпосередній досвід завжди очевидний , і з нього в найкоротший час можна отримати користь " .

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 "ВИМІР ПРИДІЛЬНОГО ОПОРУ МАТЕРІАЛУ ПРОВІДНИКА"

МЕТА РОБОТИ: Навчити учнів із заданою точністю вимірювати питомий опір матеріалу провідника.

ТИП УРОКУ: лабораторна робота.

ОБЛАДНАННЯ: Джерело струму, амперметр і вольтметр лабораторні, ключ, реостат, лінійка учнівська, провідник на колодці, з'єднувальні дроти, штангенциркуль (мікрометр).

ПЛАН УРОКУ: 1. Вступна частина 1-2 хв

2. Вступний інструктаж 5 хв

3. Виконання роботи 30 хв

4. Завдання додому 2-3 хв

II. Лабораторна схема на дошці. Як виміряти опір провідника; площа поперечного перерізу дроту; довжину провідника?

Відносна та абсолютна похибка при вимірюванні питомого опору:

III. Виконання роботи.

Закон Ома.

I = U/R

Де U – напруга кінців ділянки, I – сила струму, R – опір провідника.

R = U/I

Ці формули справедливі лише тоді, коли мережа відчуває у собі одне опір.

Умовою руху електричних зарядів у провіднику є наявність у ньому електричного поля, яке створюється та підтримується особливими пристроями, що отримали назву джерел струму.

Основною величиною, що характеризує джерело струму, є його електрорушійна сила.

Електрорушійною силоюДжерела (скорочено ЕРС) називається скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх сил, здатних створювати на затискачах джерела (полюсах) різницю потенціалів.

Вона дорівнює роботі сторонніх сил з переміщенню зарядженої частки з позитивним одиничним зарядом від полюса джерела до іншого, тобто.

У СІ ЕРС вимірюється у вольтах (У), тобто. у тих самих одиницях, як і напруга.

Сторонні сили джерела – це сили, які здійснюють поділ зарядів у джерелі і тим самим створюють його полюсах різницю потенціалів. Ці сили можуть мати різну природу, але тільки не електричну (звідси і назва) – механічні сили, хімічне середовище в акумуляторі; світловий потік у фотоелементах.

Напрямок ЕРС - це напрямок примусового руху позитивних зарядів усередині генератора від мінуса до плюсу під дією іншої, ніж електрична, природи.

Внутрішній опір генератора – це опір конструктивних елементів усередині нього.

Якщо електричний ланцюг розділити на дві ділянки – зовнішню, з опором R, та внутрішній, з опором r, то ЕРС джерела струму виявиться рівною сумі напруг на зовнішньому та внутрішньому ділянках ланцюга:

За законом Ома напруга на будь-якій ділянці ланцюга визначається величиною струму, що протікає, і його опором:

Оскільки , отже

, (3)

тобто. напруга на полюсах джерела при замкнутому ланцюгу залежить від співвідношення опорів внутрішньої та зовнішньої ділянок ланцюга. Якщо приблизно одно U.

Електричний опір.

Властивість матеріалу провідника перешкоджати проходженню через нього електричного струмуназивається електричним опором.

З закону Ома: R = U / I

За одиницю електричного опору прийнято 1Ом.

Опір 1 Ом має провідник, в якому при напрузі 1 проходить струм 1 А.

Величина, зворотна опору, називається електричною провідністю:

Одиницею провідності є сименс:

Величина, зворотна питомої провідності, називається питомим опором р, тобто.

Збільшення температури супроводжується посиленням хаотичного теплового руху частинок речовини, що призводить до збільшення числа зіткнень електронів з ними та ускладнює упорядкований рух електронів.

Опір – резистор.

Метод вузлових потенціалів.

Приклад 2.7.4.

Визначити значення та напрями струмів у гілках методом вузлових потенціалів для ланцюга рис. 2.7.4, якщо:

Е1 = 108; Е2 = 90; Ri1 = 2 Ом; Ri2 = 1 Ом; R1 = 28 Ом; R2 = 39 Ом; R3 = 60 Ом.

Рішення.

Визначаємо струми у гілках.

Метод двох вузлів.

Одним із поширених методів розрахунку електричних кіл є метод двох вузлів.Цей метод застосовується у випадку, коли в ланцюзі всього два вузли

Метод контурних струмів.

Алгоритм дій такий:

За другим законом Кірхгофа щодо контурних струмів складаємо рівняння для всіх незалежних контурів. При записі рівності вважати, що напрям обходу контуру, котрим складається рівняння, збігається з напрямом контурного струму даного контуру. Слід враховувати і той факт, що у суміжних гілках, що належать двом контурам, протікають два контурні струми. Падіння напруги на споживачах у таких гілках треба брати від кожного струму окремо.

Довільно задаємося напрямом реальних струмів усіх гілок і позначаємо їх. Маркувати реальні струми треба так, щоб не плутати з контурними. Для нумерації реальних струмів можна використовувати поодинокі арабські цифри (I1, I2, I3 тощо).

При алгебраїчному підсумовуванні без зміни знака береться контурний струм, напрямок якого збігається з прийнятим напрямком реального струму гілки. Інакше контурний струм множиться на мінус одиницю.

Приклад розрахунку складного кола методом контурних струмів.

Мал. 1. Схема електричного кола для прикладу розрахунку за методом контурних струмів

Рішення. Для розрахунку складного кола цим методом достатньо скласти два рівняння, за кількістю незалежних контурів. Контурні струми направляємо за годинниковою стрілкою та позначаємо I11 та I22 (див. рисунок 1).

За другим законом Кірхгофа щодо контурних струмів складаємо рівняння:

Вирішуємо систему та отримуємо контурні струми I11 = I22 = 3 А.

Слід зазначити, як позитивний факт, що у методі контурних струмів проти рішенням за законами Кірхгофа доводиться вирішувати систему рівнянь меншого порядку. Однак цей метод не дозволяє одразу визначати реальні струми гілок.

Закон Ома.

Згідно із законом Ома для деякої ділянки ланцюга, сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях ділянки і обернено пропорційна опору.

Основним законом електротехніки, за допомогою якого можна вивчати та розраховувати електричні ланцюги, є закон Ома, що встановлює співвідношення між струмом, напругою та опором. Необхідно чітко розуміти його сутність та вміти правильно користуватися ним під час вирішення практичних завдань. Часто в електротехніці допускаються помилки через невміння правильно застосувати закон Ома.

Закон Ома для ділянки ланцюга говорить: струм прямо пропорційний напрузі і обернено пропорційний опору.

Якщо збільшити в кілька разів напругу, що діє в електричному ланцюзі, то струм цього ланцюга збільшиться в стільки ж разів. А якщо збільшити в кілька разів опір ланцюга, то струм у стільки ж разів зменшиться. Подібно до цього водяний потік у трубі тим більше, чим сильніший тиск і чим менший опір, який чинить труба руху води.

Щоб висловити закон Ома математично найпростіше, вважають, що опір провідника, в якому при напрузі 1 проходить струм 1 А, дорівнює 1 Ом.

Струм в амперах можна завжди визначити, якщо розділити напругу у вольтах на опір омах. Тому закон Ома для ділянки ланцюгазаписується такою формулою:

I = U/R.

Магічний трикутник

Будь-яку ділянку або елемент електричного ланцюга можна охарактеризувати за допомогою трьох характеристик: струму, напруги та опору.

Як використовувати трикутник Ома:закриваємо шукану величину - два інших символи дадуть формулу для її обчислення. До речі, законом Ома називається лише одна формула із трикутника – та, яка відбиває залежність струму від напруги та опору. Дві інші формули, хоча є її наслідком, фізичного сенсу немає.

Розрахунки, що виконуються за допомогою закону Ома для ділянки ланцюга, будуть правильні у тому випадку, коли напруга виражена у вольтах, опір в омах і струм в амперах. Якщо використовуються кратні одиниці вимірів цих величин (наприклад, міліампер, мілівольт, мегаом і т. д.), їх слід перевести відповідно в ампери, вольти і оми. Щоб наголосити на цьому, іноді формулу закону Ома для ділянки ланцюга пишуть так:

ампер = вольт/ом

Можна також розраховувати струм у міліамперах та мікроамперах, при цьому напруга має бути виражена у вольтах, а опір – у кілоомах та мегаомах відповідно.

Інші статті про електрику у простому та доступному викладі:

Розрахунок напруги з допомогою закону Ома можна показати наступному прикладі. Нехай через ділянку ланцюга з опором 10 ком проходить струм 5 мА і потрібно визначити напругу на цій ділянці.

Помноживши I = 0,005 А на R -10000 Ом, отримаємо напругу, що дорівнює 5 0 В. Можна було б отримати той самий результат, помноживши 5 мА на 10 кОм: U = 50 В

В електронних пристроях струм зазвичай виявляється у міліамперах, а опір – у кіломах. Тому зручно в розрахунках згідно із законом Ома застосовувати саме ці одиниці вимірів.

За законом Ома розраховується також опір, якщо відома напруга та струм. Формула при цьому випадку пишеться так: R = U/I.

Опір завжди є відношенням напруги до струму.Якщо напруга збільшити або зменшити в кілька разів, то струм збільшиться або зменшиться в таку кількість разів. Відношення напруги до струму, що дорівнює опору, залишається незмінним.

Не слід розуміти формулу визначення опору тому, що опір даного провідника залежить відпливу і напруги. Відомо, що воно залежить від довжини, площі перерізу та матеріалу провідника. за зовнішньому виглядуФормула визначення опору нагадує формулу до розрахунку струму, але з-поміж них є принципова різниця.

Струм у даній ділянці ланцюга дійсно залежить від напруги та опору та змінюється при їх зміні. А опір даної ділянки ланцюга є величиною постійної, яка залежить від зміни напруги і струму, але дорівнює відношенню цих величин.

Коли один і той же струм проходить у двох ділянках ланцюга, а напруги, прикладені до них, різні, то ясно, що ділянка, до якої прикладена більша напруга, має відповідно більший опір.

А якщо під дією однієї напруги в двох різних ділянках ланцюга проходить різний струм, то менший струм завжди буде на тій ділянці, яка має більший опір. Все це випливає з основного формулювання закону Ома для ділянки ланцюга, тобто з того, що струм тим більше, чим більша напруга і менше опір.

Розрахунок опору за допомогою закону Ома для ділянки ланцюга покажемо на прикладі. Нехай потрібно знайти опір ділянки, через який при напрузі 40 проходить струм 50 мА. Виразивши струм в амперах, отримаємо I = 0,05 А. Розділимо 40 на 0,05 і знайдемо, що опір 800 Ом.

Закон Ома можна наочно подати у вигляді так званої вольт-амперної характеристики. Як відомо, пряма пропорційна залежність між двома величинами є прямою лінією, що проходить через початок координат. Таку залежність прийнято називати лінійною.

На рис. 2 показаний як приклад графік закону Ома для ділянки ланцюга з опором 100 Ом. По горизонтальній осі відкладено напругу у вольтах, а вертикальної осі - струм в амперах. Масштаб струму та напруги може бути обраний будь-яким. Пряма лінія проведена так, що для будь-якої точки її відношення напруги до струму дорівнює 100 Ом. Наприклад, якщо U = 50, то I = 0,5 А і R = 50: 0,5 = 100 Ом.

Мал. 2 . Закон Ома (вольт-амперна характеристика)

Графік закону Ома для негативних значень струму та напруги має такий самий вигляд. Це говорить про те, що струм у ланцюзі проходить однаково в обох напрямках. Чим більший опір, тим менше виходить струм при даній напрузі і тим більше порожнього йде пряма.

Прилади, у яких вольт-амперна характеристика є прямою лінією, що проходить через початок координат, тобто опір залишається постійним при зміні напруги або струму, називаються лінійними приладами. Застосовують також терміни лінійних ланцюгів, лінійних опорів.

Існують також прилади, у яких опір змінюється за зміни напруги чи струму. Тоді залежність між струмом і напругою виражається за законом Ома, а складніше. Для таких приладів вольт-амперна характеристика не буде прямою лінією, що проходить через початок координат, а є кривою або ламаною лінією. Ці прилади називаються нелінійними.

Мнемонічна діаграма для закону Ома

Ми розпочинаємо публікацію матеріалів нової рубрики “” і в сьогоднішній статті йтиметься про фундаментальні поняття, без яких не проходить обговорення жодного електронного пристроючи схеми. Як ви вже здогадалися, я маю на увазі струм, напруга та опір😉 Крім того, ми не обійдемо стороною закон, який визначає взаємозв'язок цих величин, але не забігатиму вперед, давайте рухатися поступово.

Отже, давайте почнемо з поняття напруги.

напруга.

За визначенням напруга- це енергія (або робота), яка витрачається на переміщення одиничного позитивного заряду з точки з низьким потенціалом до точки з високим потенціалом (тобто перша точка має більш негативний потенціал порівняно з другою). З курсу фізики ми пам'ятаємо, що потенціал електростатичного поля - це скалярна величина, що дорівнює відношенню потенційної енергії заряду в полі до цього заряду. Давайте розглянемо невеликий приклад:

У просторі діє постійне електричне поле, напруженість якого дорівнює E. Розглянемо дві точки, розташовані з відривом dодин від одного. Так ось напруга між двома точками являє собою ні що інше, як різниця потенціалів у цих точках:

У той же час не забуваємо про зв'язок напруженості електростатичного поля та різниці потенціалів між двома точками:

І в результаті отримуємо формулу, що зв'язує напругу та напруженість:

У електроніці, під час розгляду різних схем, напруга таки прийнято вважати як різницю потенціалів між точками. Відповідно, стає зрозуміло, що напруга ланцюга – це поняття, пов'язане з двома точками ланцюга. Тобто говорити, наприклад, "напруга у резисторі" - не зовсім коректно. А якщо говорять про напругу в якійсь точці, то мають на увазі різницю потенціалів між цією точкою та "землею". Ось так плавно ми вийшли до ще одного найважливішого поняття щодо електроніки, а саме до поняття "земля"🙂 Так от "землею"в електричних ланцюгах найчастіше прийнято вважати точку нульового потенціалу (тобто потенціал цієї точки дорівнює 0).

Давайте ще пару слів скажемо про одиниці, які допомагають охарактеризувати величину напруги. Одиницею виміру є Вольт (В). Дивлячись визначення поняття напруги ми можемо легко зрозуміти, що з переміщення заряду величиною 1 Кулонміж точками, що мають різницю потенціалів 1 Вольтнеобхідно зробити роботу, рівну 1 Джоулю. З цим начебто все зрозуміло і можна рухатися далі 😉

А на черзі ми маємо ще одне поняття, а саме струм.

Струм, сила струму в ланцюгу.

Що ж таке електричний струм?

Давайте подумаємо, що відбуватиметься, якщо під дію електричного поля потраплять заряджені частинки, наприклад, електрони… Розглянемо провідник, до якого прикладено певне напруга:

З напряму напруженості електричного поля ( E) ми можемо зробити висновок про те, що title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;"> (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:!}

Де e – це заряд електрона.

І оскільки електрон є негативно зарядженою частинкою, то вектор сили буде спрямований у бік протилежного напрямку вектора напруги поля. Отже, під впливом сили частки поруч із хаотичним рухом набувають і направлене (вектор швидкості V малюнку). В результаті і виникає електричний струм 🙂

Струм - це впорядкований рух заряджених частинок під впливом електричного поля.

Важливим нюансом є те, що прийнято вважати, що струм протікає від точки з більш позитивним потенціалом до точки з негативнішим потенціалом, незважаючи на те, що електрон переміщається в протилежному напрямку.

Носіями заряду можуть виступати не лише електрони. Наприклад, в електролітах та іонізованих газах протікання струму в першу чергу пов'язане з переміщенням іонів, які є позитивно зарядженими частинками. Відповідно, напрям вектора сили, що діє на них (а заодно і вектора швидкості) збігатиметься з напрямком вектора E. І в цьому випадку суперечності не виникне, адже струм протікатиме саме в тому напрямку, в якому рухаються частки 🙂

Для того, щоб оцінити струм у ланцюзі, придумали таку величину як сила струму. Отже, сила струму (I) – це величина, яка характеризує швидкість переміщення електричного заряду у точці. Одиницею виміру сили струму є Ампер. Сила струму у провіднику дорівнює 1 Амперу, якщо за 1 секундучерез поперечний переріз провідника проходить заряд 1 Кулон.

Ми вже розглянули поняття сили струму та напругиТепер давайте розберемося яким чином ці величини пов'язані. І для цього нам належить вивчити, що ж собою представляє опір провідника.

Опір провідника/ланцюга.

Термін " опір” вже говорить сам за себе 😉

Отже, опір- фізична величина, що характеризує властивості провідника перешкоджати ( чинити опір) проходження електричного струму.

Розглянемо мідний провідник завдовжки lз площею поперечного перерізу, що дорівнює S:

Опір провідника залежить від кількох факторів:

Питомий опір – це таблична величина.

Формула, за допомогою якої можна обчислити опір провідника, виглядає наступним чином:

Для нашого випадку буде одно 0,0175 (Ом*кв. мм/м)- Питомий опір міді. Нехай довжина провідника складає 0.5 м, а площа поперечного перерізу дорівнює 0,2 кв. мм. Тоді:

Як ви вже зрозуміли з прикладу, одиницею виміру опорує Ом 😉

З опором провідникавсе ясно, настав час вивчити взаємозв'язок напруги, сили струму та опору ланцюга.

І тут на допомогу нам приходить основний закон усієї електроніки - закон Ома:

Сила струму в ланцюзі прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору ділянки ланцюга, що розглядається.

Розглянемо найпростіший електричний ланцюг:

Як випливає із закону Ома напруга і сила струму в ланцюзі пов'язані таким чином:

Нехай напруга становить 10, а опір ланцюга дорівнює 200 Ом. Тоді сила струму в ланцюзі обчислюється так:

Як бачите, все нескладно 🙂

Мабуть на цьому ми закінчимо сьогоднішню статтю, дякую за увагу і до швидких зустрічей! 🙂

ЯкщоI - сила струму,U - напруга, aR - Опір, то

I =

Цей закон носитьназва закону Ома , на ім'я вченого, що його відкрив.

Часто буває потрібно регулювати силу струму в ланцюзі. І тому використовуються спеціальні прилади, звані реостатами. У реостаті дріт, виготовлений з матеріалу з великим питомим опором, намотаний на керамічний циліндр. Над обмоткою розташований металевий стрижень, яким може переміщатися контакт. Контакт притискається до обмотування; при його переміщенні змінюється довжина обмотки, якою проходить струм, і відповідно опір реостата. Реостат та його умовне позначення на схемах показані на малюнку 17.

Закон ома для повного ланцюга

Нехай за часt через поперечний переріз провідника пройде електричний зарядq. Тоді роботу сторонніх сил під час переміщення заряду можна записати так:

Аст = q.

Відповідно до визначення сили струму

q = It.

Тому

Аст = It .

При виконанні цієї роботи на внутрішньому та зовнішньому ділянках ланцюга, опори якихR іr , виділяється деяка кількість теплотиQ . За законом Джоуля-Ленца воно одно:

Q = I Rt + I r.

Відповідно до закону збереження енергії

A = Q.

Отже,

= IR + I r.

Добуток сили струму на опір ділянки ланцюга часто називають падінням напруги на цій ділянці. Таким чином, ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на внутрішньому і зовнішньому ділянках замкнутого ланцюга. Зазвичай цей вислів записують так:

I = /( R + r ).

Цю залежність досвідченим шляхом отримав Г. Ом, і називається вона законом Ома для повного ланцюгаі читається так:

Сила струму в повному ланцюзі прямо пропорційна ЕДС джерела струму і обернено пропорційна повному опору ланцюга.

При розімкнутому ланцюгу ЕРС дорівнює напрузі на затискачах джерела і, отже, може бути виміряна вольтметром.

f214. Ядерні сили

До складу ядра входять протони, що зазнають взаємного кулонівського відштовхування, і нейтрони. Стійкість ядер, які розлітаються під впливом кулонівських сил відштовхування, свідчить у тому, що у ядрах діють специфічні сили тяжіння, звані ядерними силами. Ядерні сили не можуть бути звичайними силами кулонівської взаємодії. Кулонівська взаємодія між протоном і протоном зводиться до відштовхування, а між нейтроном та протоном, нейтроном та нейтроном відсутня. Електричні сили залежать від заряду та малі порівняно з ядерними. Гравітаційні сили також можуть утримувати частки в ядрі, оскільки вони занадто малі. Наприклад, гравітаційна взаємодія двох протонів у 1036 разів менша від їхньої кулонівської взаємодії. У ролі ядерних сил що неспроможні виступати й сили магнітного взаємодії. Розрахунки " показують, що енергія " магнітного взаємодії, наприклад протона і нейтрону в ядрі атома дейтерію |Н, становить близько 0,1 МеВ, що менше енергії зв'язку нуклонів в ядрі (2,2 МеВ).

Все це говорить про те, що ядерні сили не можуть бути зведені ні до електричних, ні до магнітних, ні до гравітаційних, а є специфічним видом сил.

Взаємодія між нуклонами у ядрі є прикладом сильних взаємодій – взаємодій через ядерні сили.