Электрическое сопротивление проводников. Закон ома для участка цепи. Расчет сопротивления проводников.

Электрический ток в цепи – это упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле.

Следовательно, заряженные частицы приходят в движение (то есть появляется ток), только при условии, что существует электрическое поле, которое характеризуют еще одной физической величиной – напряжением. U

Установим зависимость, которая, существует между двумя этими величинами: силой тока и напряжением. Проверим этот факт, проведя следующий опыт.

Соберем электрическую цепь, состоящую из источника тока, амперметра, лампочки, вольтметра и ключа. После того как все элементы цепи соединены, замкнем цепь.

Показания приборов занесем в таблицу.

Показания вольтметра 1,5В, сила тока 0,1А.

Разомкнем цепь. И увеличим общее напряжение в цепи, присоединив еще одну батарею.

Показания увеличились вдвое. Данные так же заносим в таблицу. Напряжение 3В, сила тока 0,2А.

И еще раз увеличим напряжение, вцепи, добавив еще одну батарею.

Замкнув ключ, получаем напряжение 4,5В, сила тока так же увеличилась и равна 0,3А.

Эти данные так же занесем в таблицу.

Очевидно, что во сколько раз увеличиваем напряжение, во столько же раз увеличивается и сила тока. Такая зависимость называется прямая зависимость или прямая пропорциональность.

Говорят, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Мы установили вид зависимости между величинами сила тока и напряжение.

Изобразим эту зависимость графически. Воспользуемся данными, которые мы занесли в таблицу. Графиком такой зависимости является прямая.

Проведем следующий опыт, в последней цепи вместо лампочки поставим резистор.

Последние показания были следующие: напряжение 4,5В, сила тока 0,3А.

Замкнув цепь, мы видим, что напряжение осталось прежнее, а вот сила тока стала больше 1,5А.

Как это можно объяснить? Оказывается, что различные тела пропускают ток по-разному. Можно сравнить течение тока с течением воды в трубе. В трубе, где много засоров, ржавчины на стенках будет слабый напор, так как вода при движение, будет испытывать сопротивление, в гладкой трубе такого сопротивления нет, и поэтому напор будет больше.

Так и ток – в одном теле он будет протекать лучше, где сопротивление среды слабое, в другом теле сила тока станет меньше, так как сопротивление среды большое.

Физическая величина, которая будет характеризовать способность проводника пропускать электрический ток называется сопротивлением.

Обозначают эту величину буквой R.

Измеряется она в Омах.

За единицу сопротивления принимают один Ом – это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 вольт сила тока равна 1 амперу.

Очевидно, что зависимость между силой тока и сопротивлением будет обратная.

То есть, чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньше будет сила тока. И наоборот, чем меньше сопротивление проводника – тем сила тока будет больше.

Говорят, что сила тока обратна пропорциональна сопротивлению.

Итак, мы получили зависимость силы тока от двух параметров – напряжения и сопротивления

Зависимость силы тока от напряжения на концах проводника и сопротивления самого проводника получила название закона Ома, по имени немецкого ученого, открывшего первым этот закон.

Закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Зная силу тока и напряжение на концах проводника, мы сможем найти его сопротивление.

Если известно сопротивление проводника и сила тока, то мы найдем напряжение на концах проводника.

Каждое тело обладает сопротивлением. Это свойство обнаруживается, когда по телу идет ток. Опыт показывает, что сопротивления разных тел очень сильно отличаются друг от друга: у одних оно составляет доли Ома, у других- миллионы Ом.

На практике чаще всего в качестве проводника используют металлическую проволоку, из которой изготавливают соединительные провода, резисторы, спирали, нити накаливания разных приборов.

От чего же зависит сопротивление металлического проводника?

Для ответа на этот вопрос проделаем несколько опытов.

Опыт 1. Попробуем выяснить: зависит ли сопротивление проволочного проводника от его длины? Соберем электрическую цепь. Вместо резистора включим проволоку длиной 1 м и определим сопротивление. Напряжение равно 2В, сила тока 1А, значит сопротивление равно 2 Ом.

Затем отрежем половину проволоки (0,5 м) и вновь измерим сопротивление. Напряжение остается такое же 2В, а вот сила тока стала больше 2А. Следовательно, сопротивление проводника стало меньше, оно равно 1Ом. Еще раз уменьшим проволоку в 2 раза и сделаем новое измерение. Результаты опыта внесем в таблицу:

Длина l (м) 1 0, 0,25

Сопротивление R(Ом) 2 1 0,5

 

Во сколько раз уменьшается длина проводника, во столько же раз уменьшается сопротивление. Такая зависимость называется прямая пропорциональность.

Сделаем вывод: сопротивление проволочного металлического проводника прямо пропорционально его длине.

Опыт 2. В опыте 1 у нас менялась только длина проволоки, а сечение и материал оставались прежними. Теперь возьмем три проволоки из одного и того же материала, длиной по 1 м, но разного сечения: 1 кв.мм, 2 кв.мм и 4 кв. мм. Будем подключать по очереди: сначала подключим проволоку сечением 1кв.мм и определим сопротивление – 4Ом, потом подключим проволоку сечением 2 кв.мм, определим сопротивление – 2 Ом. Подключим проволоку сечением 4кв.мм, сопротивление равно 1 Ом.

Площадь сечения (мм2) 1 2 4

Сопротивление (Ом) 4 2 1

 

Сделаем вывод: сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше его сопротивление. Если площадь сечения уменьшить в 2 раза, то сопротивление увеличится в 2 раза.

В ходе третьего опыта выясним, как зависит сопротивление от материала проводника.

Используем все ту же электрическую цепь. Разместим горизонтально с клеммами слева и справа четыре проволоки: медную, алюминиевую, стальную и нихромовую. Длина каждой проволоки - 1 м и сечение - 1 кв.мм. Подключая по очереди каждую проволоку, замеряем каждый раз сопротивление. Результаты опыта внесем в таблицу:

• медная проволока – сопротивление 0,017 Ом;

• алюминиевая проволока – сопротивление 0,02 Ом;

• стальная проволока – сопротивление 0,1 Ом;

• проволока из нихрома – сопротивление 1 Ом.

Вещество Сопротивление (Ом)

Медь 0,017

Алюминий 0,02

Сталь 0,1

Нихром 1

Сделаем вывод: наименьшим сопротивлением обладает медная проволока, а самым большим – проволока из нихрома.

Значит сопротивление проводника зависит от материала.

Физическая величина, равная сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1кв.мм, называется удельным сопротивлением вещества. Эту величину можно измерить опытным путем и составить специальные таблицы. Удельное сопротивление вещества обозначается буквой «ро» и на практике измеряется в Ом умноженное на миллиметр в квадрате, деленое на метр.

Например, удельное сопротивление меди равно 0,017 Ом* кв.мм/м.

В системе СИ удельное сопротивление измеряется в Ом умноженное на метр. Например, удельное сопротивление меди в системе СИ будет равно 0, 000000017 Ом*м.

Опыты показали, что сопротивление металлического проволочного проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от вещества, из которого изготовлен проводник.

Если обозначить буквой l «эль»– длину проводника, буквой S «эс» – площадь поперечного сечения проводника, а буквой «ро»- удельное сопротивление проводника, то можно написать формулу, по которой можно вычислить величину сопротивлении проводника, если известно вещество проводника, его длина и площадь поперечного сечения проводника:

Ни одна цепь не может обойтись без соединительных проводов. В большинстве случаев необходимо, чтобы провода имели малое сопротивление. Поэтому, соединительные провода целесообразно изготавливать из меди. Часто используются алюминиевые провода, например, электропроводка в квартирах. Это обусловлено тем, что материал хорошо проводит ток, не дорогой и удобен в различных соединениях. Алюминий значительно дешевле меди, поэтому для проводки в жилых помещениях используют алюминиевые провода. Но у них есть большой недостаток: они ломкие. Поэтому, в конструкциях, где провода будут часто сгибаться, используют медные провода.

Другой элемент электрической цепи носит название резистор. Изготавливают резисторы из проволоки, которую наматывают на каркас из негорючего материала. Резисторы чаще всего используют, чтобы ограничить силу тока в цепи.

Часто при составлении электрической цепи требуется устройство с переменным сопротивлением. Чтобы менять сопротивление, удобнее всего менять его длину. Именно так меняют сопротивление в ползунковых реостатах.

Оптические приборы.

Все оптические приборы можно разделить на две группы:

1) приборы, при помощи которых получают оптические изображения на экране (проекционные аппараты, фотоаппараты, кинопроекторы, слайпроекторы, мультимедиа);

2) приборы, которые действуют только совместно с человеческим глазом и не образуют изображений на экране (лупа, микроскоп, телескоп, очки). Такие приборы называют «визуальными».

Фотоаппарат – оптический сложный прибор для получения изображения предметов (действующего по схеме – системе «глаз»), хранения, дальнейшего преобразования в слайд, фотоснимок, проекцию)

Проекционные аппараты используют для получения действительного увеличенного изображения рисунков, чертежей, фотографий, видеофильмов

Лупа является простейшим прибором, позволяющим увеличить угол зрения. Это двояковыпуклая линза с небольшим фокусным расстоянием (от 1см до 10см)

Микроскоп – оптический прибор для рассматривания очень мелких предметов (в биологии – клетки) Микроскоп основан на принципе последовательного увеличения угла зрения сначала объективом, а потом – окуляром.

Телескоп предназначается для рассматривания очень удаленных предметов (Луны, планет, звезд). Оптическая часть телескопа состоит из объектива, который собирает свет и создает изображение источника и окуляра, который рассматривает созданное изображение и еще увеличивает угол зрения. Если телескоп использует в качестве объектива линзу, то он называется рефрактором.

Если телескоп в качестве объектива использует вогнутое зеркало, то он называется рефлектором.

У телескопа диаметр объектива во много раз больше диаметра зрачка, поэтому в телескоп можно увидеть слабые светящиеся объекты, т.к. «видимость» зависит от собранной световой энергии, которая пропорциональна площади светящегося объекта.

Билет №13