Электрическое сопротивление участка цепи

Содержание
  1. ����� ��� ��� ������� ����
  2. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Класс!ная физика
  3. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс
  4. Электрическое сопротивление участка цепи
  5. Закон Ома
  6. Применение закона Ома для участка цепи
  7. Расчет сопротивления
  8. Вольтамперная характеристика
  9. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи (Гребенюк Ю.В.). урок. Физика 8 Класс
  10. Закон Ома для участка цепи и полной цепи формулы и определения
  11. Формула закона Ома для участка цепи
  12. Закон Ома для замкнутой (полной) цепи
  13. Закон Ома для неоднородного участка цепи
  14. Закон Ома в дифференциальной форме
  15. Закон ома для переменного тока
  16. Закон Ома в интегральной форме
  17. Интерпретация закона Ома
  18. Когда закон Ома встречается и какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома

����� ��� ��� ������� ����

Электрическое сопротивление участка цепи

�������� ������� ��������������, ��� ������ �������� ����� ������� � ������������ ������������� ����, �������� ����� ���, ��������������� ����������� ����� �����, ����������� � ��������������.

���������� ��������� �������� ��� �������� � ����� ��������� ������������ �� ��� ������� ������������ �����. ����� � �������������� ����������� ������ ��-�� �������� ��������� ��������� ����� ���.

����� ��� ��� ������� ���� ������: ��� ����� �������������� ���������� � ������� �������������� �������������.�

���� ��������� � ��������� ��� ����������, ����������� � ������������� ����, �� ��� � ���� ���� ���������� �� ������� �� ���. � ���� ��������� � ��������� ��� ������������� ����, �� ��� �� ������� �� ��� ����������. ������� ����� ������� ����� � ����� ��� ������, ��� ������� �������� � ��� ������ �������������, ������� ��������� ����� �������� ����.�

� ���������� ����� ���� ����� ����� �������������� ��������� �������: ��� ���� ���������� ��� ����� � ��� �� �������������, ��� ���� ���� ���� � � �� �� ����� ��� ���� ������������� ��� ����� � ��� �� ����������, ��� ���� ���� ����.

����� �������� ����� ��� ������������� �������� ������, �������, ��� ������������� ����������, � ������� ��� ���������� 1 � �������� ��� 1 �, ����� 1 ��.

��� � ������� ����� ������ ����������, ���� ��������� ���������� � ������� �� ������������� � ����. ������� ����� ��� ��� ������� ���� ������������ ��������� ��������:�

I = U/R.

���������� ������������

����� ������� ��� ������� ������������� ���� ����� ���������������� ��� ������ ��� �������������: ����, ���������� � �������������.

��� ������������ ����������� ���: ��������� ������� �������� — ��� ������ ������� ����� ������� ��� � ����������. ������, ������� ��� ���������� ������ ���� ������� �� ������������ � ��, ������� �������� ����������� ���� �� ���������� � �������������. ��� ������ �������, ���� � �������� � ����������, ����������� ������ �� �����.��

�������, ����������� � ������� ������ ��� ��� ������� ����, ����� ��������� � ��� ������, ����� ���������� �������� � �������, ������������� � ���� � ��� � �������.

���� ������������ ������� ������� ��������� ���� ������� (��������, ����������, ����������, ������ � �. �.), �� �� ������� ��������� �������������� � ������, ������ � ���.

����� ����������� ���, ������ ������� ������ ��� ��� ������� ���� ����� ���:

����� = �����/��

����� ����� ������������ ��� � ������������ � ������������, ��� ���� ���������� ������ ���� �������� � �������, � ������������� � � �������� � �������� ��������������.�

������ ������ ��� ������������� � ������� � ��������� ���������:

��� ����� ����������, ��� � �������������: ��� ��� ������������ �� ��������

��� ������� ������������� �� �����������

��������� ��� � ����: �������� �������������� � �������

��� ����� ������������� ��������

������������� � ��������� ���� — � ��� ��������

����� ��� ���������� ��� ������ ������� ����. ���� ��������� ���������� ��� � ������ ������� ����, �� ���������� ����������, ����������� �� ���� ������� (���. 1), ��������� �� ������������� ������ ����� �������.

��� 1. ���������� ������ ��� ��� ������� ����

�������� ������ ������� ���� �� ������ ���. ����� ��������� ���������� ��� � �����, ������� ������������� 2,5 ��, ���� ����������, ����������� � �����, ���������� 5 �. �������� 5 � �� 2,5 ��, ������� �������� ����, ������ 2 �.

�� ������ ������� ��������� ���, ������� ����� ��������� ��� ��������� ���������� 500 � � ����, ������������� ������� ����� 0,5 ���. ��� ����� ������� ������������� � ����.

�������� 500 � �� 500 000 ��, ������ �������� ���� � ����, ������� ����� 0,001 � ��� 1 ��.�

�����, ���� ��� � �������������, ���������� � ������� ������ ��� ����������. ������� ������� ��� ����������� ����������

U = IR

�� ���� ������� �����, ��� ���������� �� ������ ������� ������� ���� ����� ��������������� ���� � �������������. ����� ���� ����������� ������ ��������.

���� �� �������� ������������� ������� ����, �� ��������� ��� ����� ������ ����� ���������� ����������. ������ ��� ���������� ������������� �������� ���� ������������� ������� ����������.

���� �� ���� �������� ���� � ��� �� ��� ��� ��������� ��������������, �� ��� ������� ������������� ������ ���� �������������� ������� ����������.�

���������� �� ������� ���� ����� �������� �������� ����������. ��� ������� �������� � �������������. ������ ������, ��� ������� ���������� ���� �����-�� ���������� �������� ����������. � ���������������� �� ������� ���������� � ������� ���������� �����������. ������ � ������� ���������� — � ��� ��������?

������ ���������� � ������� ������ ��� ����� �������� �� ��������� �������. ����� ����� ������� ���� � �������������� 10 ��� �������� ��� 5 �� � ��������� ���������� ���������� �� ���� �������.

������� I�= 0,005 � �� R �10000 ��, ������� ����������,������ 50 �. ����� ���� �� �������� ��� �� ���������, ������� 5 �� �� 10 ���: U�=�50  

� ����������� ����������� ��� ������ ���������� � ������������, � ������������� � � ��������. ������� ������ � �������� �� ������ ��� ��������� ������ ��� ������� ���������.�

�� ������ ��� �������������� ����� �������������, ���� �������� ���������� � ���. ������� ��� ����� ������ ������� ��������� �������: R = U/I.�

������������� ������ ������������ ����� ��������� ���������� � ����. ���� ���������� ��������� ��� ��������� � ��������� ���, �� ��� ���������� ��� ���������� � ����� �� ����� ���. ��������� ���������� � ����, ������ �������������, �������� ����������.�

�� ������� �������� ������� ��� ����������� ������������� � ��� ������, ��� ������������� ������� ���������� ������� ������ � ����������. ��������, ��� ��� ������� �� �����, ������� ������� � ��������� ����������. �� �������� ���� ������� ��� ����������� ������������� ���������� ������� ��� ������� ����, �� ����� ���� ������� �������������� �������.

��� � ������ ������� ���� ������������� ������� �� ���������� � ������������� � ���������� ��� �� ���������. � ������������� ������� ������� ���� �������� ��������� ����������, �� ��������� �� ��������� ���������� � ����, �� ������ ��������� ���� �������.�

����� ���� � ��� �� ��� �������� � ���� �������� ����, � ����������, ����������� � ���, ��������, �� ����, ��� �������, � �������� ��������� ������� ����������, ����� �������������� ������� �������������.

� ���� ��� ��������� ������ � ���� �� ���������� � ���� ������ �������� ���� �������� ��������� ���, �� ������� ��� ������ ����� �� ��� �������, ������� ����� ������� �������������. ��� ��� �������� �� �������� ������������ ������ ��� ��� ������� ����, �. �. �� ����, ��� ��� ��� ������, ��� ������ ���������� � ��� ������ �������������.�

������ ������������� � ������� ������ ��� ��� ������� ���� ������� �� ��������� �������. ����� ��������� ����� ������������� �������, ����� ������� ��� ���������� 40 � �������� ��� 50 ��. ������� ��� � �������, ������� I = 0,05 �. �������� 40 �� 0,05 � ������, ��� ������������� ���������� 800 ��.

����� ��� ����� �������� ����������� � ���� ��� ���������� �����-�������� ��������������. ��� ��������, ������ ���������������� ����������� ����� ����� ���������� ������������ ����� ������ �����, ���������� ����� ������ ���������. ����� ����������� ������� �������� ��������.�

�� ���. 2 ������� � �������� ������� ������ ������ ��� ��� ������� ���� � �������������� 100 ��. �� �������������� ��� �������� ���������� � �������, � �� ������������ ��� � ��� � �������.

������� ���� � ���������� ����� ���� ������ ����� ������. ������ ����� ��������� ���, ��� ��� ����� �� ����� ��������� ���������� � ���� ����� 100 ��.

��������, ���� U = 50 �, �� I = 0,5 � � R = 50 : 0,5 = 100 ��.

���. 2. ����� ��� (�����-�������� ��������������)�

������ ������ ��� ��� ������������� �������� ���� � ���������� ����� ����� �� ���. ��� ������� � ���, ��� ��� � ���� �������� ��������� � ����� ������������. ��� ������ �������������, ��� ������ ���������� ��� ��� ������ ���������� � ��� ����� ������ ���� ������.�

�������, � ������� �����-�������� �������������� �������� ������ ������, ���������� ����� ������ ���������, �. �. ������������� �������� ���������� ��� ��������� ���������� ��� ����, ���������� ��������� ���������. ��������� ����� ������� �������� ����, �������� �������������.�

���������� ����� �������, � ������� ������������� ���������� ��� ��������� ���������� ��� ����. ����� ����������� ����� ����� � ����������� ���������� �� �� ������ ���, � ����� ������. ��� ����� �������� �����-�������� �������������� �� ����� ������ ������, ���������� ����� ������ ���������, � �������� ���� ������, ���� ������� ������. ��� ������� ���������� �����������.

�������� ����� �� ���� ����: ���������� ������ ��� �� ��������

������������� ��������� ��� ������ ���

Источник: http://ElectricalSchool.info/main/osnovy/1227-zakon-oma-dlja-uchastka-cepi.html

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Класс!ная физика

Электрическое сопротивление участка цепи

«Физика — 10 класс»

Что заставляет заряды двигаться вдоль проводника?
Как электрическое поле действует на заряды?

Вольт-амперная характеристика.

В предыдущем параграфе говорилось, что для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах. Сила тока в проводнике определяется этой разностью потенциалов.

Чем больше разность потенциалов, тем больше напряжённость электрического поля в проводнике и, следовательно, тем большую скорость направленного движения приобретают заряженные частицы.

Это означает увеличение силы тока.

Для каждого проводника — твёрдого, жидкого и газообразного — существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника.

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения, подаваемого на него, называют вольт-амперной характеристикой проводника.

Её находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Знание вольт-амперной характеристики играет большую роль при изучении электрического тока.

Закон Ома.

Наиболее простой вид имеет вольт- амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) её установил немецкий учёный Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

На участке цепи, изображённой на рисунке 15.3, ток направлен от точки 1 к точке 2. Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна U = φ1 — φ2. Так как ток направлен слева направо, то напряжённость электрического поля направлена в ту же сторону и φ1 > φ2.

Измеряя силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, можно убедиться в том, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка R.

Применение обычных приборов для измерения напряжения — вольтметров — основано на законе Ома. Принцип устройства вольтметра такой же, как и у амперметра. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.

Сила тока, проходящего по вольтметру, определяется напряжением между точками цепи, к которой он подключён. Поэтому, зная сопротивление вольтметра, можно по силе тока определить напряжение. На практике прибор градуируют так, чтобы он сразу показывал напряжение в вольтах.

Сопротивление.

Основная электрическая характеристика проводника — сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, т. е. противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника.

С помощью закона Ома (15.3) можно определить сопротивление проводника:

Для этого нужно измерить напряжение на концах проводника и силу тока в нём.

На рисунке 15.4 приведены графики вольт-амперных характеристик двух проводников. Очевидно, что сопротивление проводника, которому соответствует график 2, больше, чем сопротивление проводника, которому соответствует график 1.

Сопротивление проводника не зависит от напряжения и силы тока.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S равно:

где ρ — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь).

Величину ρ называют удельным сопротивлением проводника.

Удельное сопротивление материала численно равно сопротивлению проводника из этого материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2.

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют её омом.

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нём 1 А.

Единицей удельного сопротивления является 1 Ом • м. Удельное сопротивление металлов мало. А вот диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление серебра 1,59 • 10-8 Ом • м, а стекла порядка 1010 Ом • м. В справочных таблицах приводятся значения удельного сопротивления некоторых веществ.

Значение закона Ома.

Из закона Ома следует, что при заданном напряжении сила тока на участке цепи тем больше, чем меньше сопротивление этого участка.

Если по какой-то причине (нарушение изоляции близко расположенных проводов, неосторожные действия при работе с электропроводкой и пр.

) сопротивление между двумя точками, находящимися под напряжением, оказывается очень малым, то сила тока резко возрастает (возникает короткое замыкание), что может привести к выходу из строя электроприборов и даже возникновению пожара.

Именно из-за закона Ома нельзя говорить, что чем выше напряжение, тем оно опаснее для человека.

Сопротивление человеческого тела может сильно изменяться в зависимости от условий (влажности, температуры окружающей среды, внутреннего состояния человека), поэтому даже напряжение 10—20 В может оказаться опасным для здоровья и жизни человека.

Следовательно, всегда необходимо учитывать не только напряжение, но и силу электрического тока. При работе в физической лаборатории нужно строго соблюдать правила техники безопасности!

Закон Ома — основа расчётов электрических цепей в электротехнике.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока — Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников — Примеры решения задач по теме «Закон Ома.

Последовательное и параллельное соединения проводников» — Работа и мощность постоянного тока — Электродвижущая сила — Закон Ома для полной цепи — Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока.

Закон Ома для полной цепи»

Источник: http://class-fizika.ru/10_a160.html

Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс

Электрическое сопротивление участка цепи

Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока (который позволяет плавно менять напряжение), амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединённого к спирали вольтметра (схема этой цепи показана рядом, прямоугольником условно обозначен проводник).

Замкнём цепь и отметим показания приборов. Затем при помощи источника тока плавно изменим напряжение (лучше всего увеличить его вдвое). Напряжение на спирали при этом тоже увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока.

Увеличивая напряжение в \(3\) раза, напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько же раз увеличивается сила тока.

Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нём. Другими словами:

Обрати внимание!

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Эту зависимость можно изобразить графически. Её называют зависимостью силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника.

Включая в электрическую цепь источника тока различные проводники и амперметр, можно заметить, что при разных проводниках показания амперметра различны, т.е. сила тока в данной цепи различна.

Графики тоже будут отличаться.

Вольтметр, поочерёдно подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение. Значит, сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников, включённых в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Обрати внимание!

Электрическое сопротивление — физическая величина. Обозначается оно буквой R.

За единицу сопротивления принимают \(1\) ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах \(1\)вольт сила тока равна \(1\) амперу.

Кратко это записывают так: 1 Ом =1 В1 А.Применяют и другие единицы сопротивления: миллиом (мОм), килоом (кОм), мегаом (МОм).

\(1\) мОм = \(0,001\) Ом;

\(1\) кОм = \(1000\) Ом;

\(1\) МОм = \(1 000 000\) Ом.

Причина сопротивления заключается в следующем: электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла.

При этом замедляется упорядоченное движение электронов, и сквозь поперечное сечение проводника проходит за \(1\) с меньшее их число. Соответственно, уменьшается и переносимый электронами за \(1\) с заряд, т.е. уменьшается сила тока.

Таким образом, каждый проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает ему сопротивление. Итак:

Обрати внимание!

Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки.

Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту.

На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром. Ниже приведены результаты опытов с тремя различными проводниками.

Напряжение на концах проводника, ВСопротивление проводника, ОмСила тока в цепи, А
\(2\)\(1\)\(2\)
\(2\)\(2\)\(1\)
\(2\)\(4\)\(0,5\)

Обобщая результаты опытов, приходим к выводу, что:

Обрати внимание!

Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома — по имени немецкого учёного Георга Ома, открывшего этот закон в \(1827\) году.
Закон Ома читается так:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

И записывается так:

I=UR,

где \(I\) — сила тока в участке цепи, \(U\) — напряжение на этом участке, \(R\) — сопротивление участка.

Зависимость силы тока от сопротивления проводника при одном и том же напряжении на его концах может быть показана графически:

 

Найти сопротивление экспериментально можно несколькими способами:

При помощи амперметра и вольтметраПри помощи омметраПри помощи мультиметра (в режиме омметра)

Где  — обозначение омметра в цепи (или мультиметра в режиме измерения сопротивления).

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://xn--h1adlho.xn--g1ababalj7azb.xn--p1ai/375/
http://radiolove.ucoz.com/index/ne_znaesh_zakona_oma_sidi_doma/0-8

Источник: https://www.yaklass.ru/p/fizika/8-klass/elektricheskie-iavleniia-12351/elektricheskoe-soprotivlenie-zakon-oma-dlia-uchastka-elektricheskoi-tcepi-12363/re-93312c0a-7776-4cfd-8416-b4b58cbb82d6

Электрическое сопротивление участка цепи

Электрическое сопротивление участка цепи

Электрическое сопротивление для участка цепи определяется при помощи закона Ома. Для того, чтобы понять процессы, происходящие в элементах электрической цепи постоянного тока, необходимо дать общее определение закона Ома.

Закон Ома

Сила тока на участке цепи всегда прямо пропорциональна напряжению на данном участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Подобное определение будет верно также для растворов электролитов. Общий закон Ома характерен при описании однородного участка цепи, который не содержит источников тока.

При составлении формул вводятся дополнительные характеристики. Среди них коэффициент пропорциональности. Его записывают в виде $1=R$. Отсюда следует, что $I = \frac{U}{R}$.

$R$ – сопротивление проводника.

Сопротивление принято измерять в омах (Ом).

Закон Ома является главным законом в электротехнике. С помощью его:

  • изучаются и рассчитываются электрические цепи;
  • устанавливается логическое соотношение между сопротивлением и напряжением.

Определение 1

Вольтамперная характеристика – функциональная зависимость элемента участка цепи. Она является очень важной величиной электрических свойств элемента. Такую зависимость можно представить в виде $I = I(U)$.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Подобные характеристики в зависимости от ситуации могут приобретать различные формы и выражения. Наиболее простой вид вольтамперной характеристики выразил в формуле Георг Ом, в честь которого была названа единица сопротивления тока. Ученый подтвердил свою теорию многочисленными экспериментами, применяя опыты к металлическому проводнику.

Закон Ома необходимо понимать на теоретическом и практическом уровне, чтобы решать различные задачи. Если неправильно применять основные параметры закона, то результат приобретает неправильные черты, поэтому допускаются многочисленные ошибки.

Применение закона Ома для участка цепи

Каждый участок электрической цепи можно описать с помощью трех основных величин:

  • сопротивления;
  • напряжения;
  • тока.

Такое сочетание также называют «треугольником Ома», поскольку величины характеризуют все процессы электротехники.

Все производимые расчеты имеют смысл только в тех случаях, когда напряжение на участке цепи выражается в вольтах (В), сопротивление — в омах (Ом), а ток – в амперах (А).

При использовании иных единиц измерений или их кратных значений необходимо осуществлять дополнительный ряд действий, чтобы искомый результат полностью соответствовал задачам и целям расчетов.

Для этого кратные единицы используемых величин переводят в традиционные величины.

Кратные единицы измерений:

  • милливольты;
  • миллиамперы;
  • мегаомы.

При произведении расчетов в кратных единицах измерений величин напряжение всегда выражается в вольтах.

Для расчета сопротивления на участке цепи по закону Ома необходимо сначала определить ток на заданном участке цепи. Напряжение при этом делят на сопротивление конкретного участка цепи. Эти действия можно производить на любом участке без погрешности.

Для определения напряжения в цепи используют формулу $U = IR$.

Согласно указанной формуле, напряжение на обоих концах участка электрической цепи прямо пропорционально сопротивлению и току. Иными словами, если не стремиться все время изменять сопротивление на данном участке, то при увеличении тока применяется способ увеличения напряжения.

Значительному напряжению в цепи будет соответствовать больший ток. Эти правила действуют при постоянном сопротивлении. Для получении одинакового тока при различных сопротивлениях большее напряжение должно соответствовать большему сопротивлению.

Падение напряжения – это напряжение на определенном участке цепи. Это означает, что напряжение и падение напряжения – идентичные понятия, а слово «падение» никак не связано с потерей некоторого количества напряжения в цепи. Потерю напряжения следует различать от падения напряжения.

Расчет сопротивления

Сопротивление на участке цепи рассчитывается по классической формуле $R = \frac{U}{I}$. Для этого необходимо установить значения напряжения и тока. Сопротивление – отношение напряжения к току.

При многократном увеличении или уменьшении напряжения ток также изменяется в несколько раз в ту или иную сторону. Отношение напряжения к току, которое равно сопротивлению, всегда остается на неизменном уровне.

Сопротивление определенного проводника не зависит от напряжения и тока. Оно будет лежать в зависимости от материала проводника, его длины и площади сечения. Формула для расчета сопротивления на участке цепи очень похожа на формулу для определения тока, однако существует между ними принципиальное различие.

Оно состоит в том, что ток на конкретном участке цепи зависит от напряжения и сопротивления, поэтому изменяется таким же образом. Сопротивление на данном участке цепи – постоянная величина. Она не зависит от изменения значений тока и напряжения, однако равно отношению этих величин.

Вольтамперная характеристика

Закон Ома представляют в виде вольтамперной характеристики. Зависимость между двумя пропорциональными величинами выражается прямой линией на графике. Она проходит через начало координат. Подобную прямую пропорциональную зависимость величин также называют линейной зависимостью.

В графическом выражении закона Ома для участка цепи при отрицательных значениях напряжения и тока также рисуют прямую линию. Это означает, что ток в цепи проходит в разных направлениях одинаково. При большем сопротивлении меньшее значение имеет ток с таким же напряжением.

Вольтамперную характеристику составляют при помощи специальных приборов. Линейными называют такие приборы, у которых характеристика выражается прямой линией, и она проходит через начало координат.

Специалисты при составлении вольтамперной характеристики применяют также понятия линейные сопротивления и линейные цепи.

Определение 2

Нелинейными называют приборы, у которых сопротивление меняется при изменении тока или напряжения. Для таких случаев уже не действует закон Ома.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/elektricheskie_cepi_-_chto_eto/elektricheskoe_soprotivlenie_uchastka_cepi/

Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи (Гребенюк Ю.В.). урок. Физика 8 Класс

Электрическое сопротивление участка цепи

На предыдущих уроках мы рассматривали две важные характеристики тока – это сила и напряжение. Для того чтобы выяснить, как эти величины связаны между собой, мы рассмотрим влияние электрических элементов на прохождение тока в цепи и введём понятие электрического сопротивления.

Проведём эксперимент, для этого соединим источник тока с проводником (резистором), к которому последовательно подключим амперметр (для измерения силы тока на резисторе), а параллельно – вольтметр (для измерения напряжения на резисторе) (см. Рис. 1). Первоначально, при напряжении 1 В, сила тока равна 1 А. При увеличении напряжения в 2 раза, до 2 В, сила тока увеличилась также в 2 раза (2 А) (см. Рис. 2).

Рис. 1. Электрическая схема для эксперимента

Из опыта видно, что при увеличении или уменьшении напряжения на концах проводника во столько же раз увеличится или уменьшится сила тока в проводнике. Такую зависимость впервые экспериментально получил немецкий учёный Георг Ом в 1826 году. Из курса математики известно, что её можно записать в таком виде:

,

где I – сила тока; U – напряжение; k – коэффициент пропорциональности.

Представим зависимость в виде графика (см. Рис. 3). Такой график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах называют вольтамперной характеристикой (также может быть представлена в виде таблицы).

Рис. 2. Показания амперметра при изменении напряжения

Рис. 3. Вольтамперная характеристика проводника

Для следующего эксперимента соберём электрическую схему аналогично предыдущему, заменив в ней проводник (см. Рис. 4).  Первоначально, при напряжении около 1,5 В, сила тока равна примерно 0,3 А. При увеличении напряжения до 3 В, сила тока увеличится примерно до 0,6 А (см. Рис. 5).

Рис. 4. Электрическая схема для эксперимента

Рис. 5. Показания амперметра при изменении напряжения

Проведя опыты с различными проводниками, установили, что сила тока в проводнике всегда пропорциональна напряжению на его концах, при этом коэффициент пропорциональности зависит от проводника. Таким образом, сила тока в проводнике зависит не только от напряжения на его концах, но и от свойства проводника. То есть зависимость  можно записать так:

 или ,

где R – электрическое сопротивление проводника.

Величина  – проводимость. Единица измерения проводимости называется сименсом (См), названная в честь немецкого физика Эрнеста Сименса. 1 См – электрическая проводимость проводника с сопротивлением 1 Ом.

При одинаковом напряжении на концах проводников, сила тока меньше в том проводнике, который обладает большим сопротивлением. То есть чем больше сопротивление проводника, тем сильнее проводник противодействует прохождению тока. При этом часть электрической энергии превращается во внутреннюю энергию проводника.

Электрическое сопротивление – это физическая величина, характеризующая свойство проводника противодействовать электрическому току. Единица сопротивления в СИ – Ом.

1 Ом – это сопротивление проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А.

Всё, что известно о сопротивлении проводников, а также о зависимости силы тока от напряжения на концах проводника, верно и для участка цепи с любым количеством проводников. То есть можно сформулировать закон Ома для участка цепи:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участкаи обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи:

,

где R – сопротивление участка цепи, которое зависит только от свойств проводников, составляющих участок.

Закон Ома – один из важнейших физических законов, бльшая часть расчётов электрических цепей в электротехнике базируется на этом законе.

На этом уроке мы рассмотрели важную характеристику электрической цепи и её элементов – сопротивление. Увидели зависимость силы тока на участке цепи от напряжения и сформулировали закон Ома для участка цепи.

Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них содержится большое количество свободных носителей зарядов – электронов проводимости, которые образуются из электронов, не принадлежащих конкретному атому.

Если к металлическому проводнику не приложено напряжение (по нему не течёт ток), то такие электроны движутся хаотически.

Под воздействием внешнего электрического поля электроны начинают двигаться упорядоченно и переносят заряд в определённом направлении, то есть образовывается электрический ток.

Почему проводники оказывают сопротивление электрическому току? Во время своего движения электрические заряды взаимодействуют с кристаллической решёткой (сталкиваются с атомами решётки).

При этом электроны отдают энергию, полученную от электрического поля источника тока, решётке. Атомы, находящиеся в колебательном движении вокруг положения равновесия, увеличивают амплитуду колебаний.

То есть энергия электрического поля превращается в энергию колебания атомов, тепло, что приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.

В других средах (полупроводниках, диэлектриках, газах и т. д.) физическая причина сопротивления может быть другой. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях (см. Рис. 6). Сопротивление проводника зависит от его геометрии, удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.

Рис. 6. Различные вольтамперные характеристики

Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры. Сопротивление металлов снижается при понижении температуры. При температуре порядка нескольких кельвинов большинство металлов становятся так называемыми сверхпроводниками, то есть их сопротивление можно считать равным нулю. У полупроводников при снижении температуры сопротивление растёт.

Сопротивление может возрастать при увеличении силы тока, который течёт по проводнику или полупроводнику.

Сверхпроводимость – это свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры меньше определённой, так называемой критической температуры.

Существует несколько сотен материалов, которые могут переходить в сверхпроводящее состояние при определённой температуре.

Ранее среди физиков бытовало мнение, что при уменьшении температуры сопротивление должно плавно уменьшаться, а при достижении температуры, близкой к абсолютному нулю, электроны вообще перестают двигаться, следовательно, ток перестанет течь по проводникам. Однако 8 апреля 1911 года  обнаружилось, что при температуре 3 К С электрическое сопротивление ртути практически равно нулю. Более точные измерения показали, что резкий спад сопротивления до нуля происходит при температуре 4,15 К.

Для постоянного электрического тока электрическое сопротивление сверхпроводника равно нулю. Это было продемонстрировано в ходе эксперимента, где в замкнутом сверхпроводнике был индуцирован электрический ток, который протекал в нём без затухания в течение 2,5 лет. Эксперимент был прерван забастовкой рабочих, подвозивших криогенную жидкость (сжиженный газ с температурой ниже 120 К).

В технике применяются сверхпроводники на основе сплавов ниобия (см. Рис. 7)

Отсутствие потерь на нагревание при прохождении постоянного тока через сверхпроводник делает привлекательным применение сверхпроводящих кабелей (см. Рис. 8) для доставки электричества, так как один такой тонкий кабель способен передавать мощность, которую традиционным методом можно передать с помощью цепи линий электропередач с несколькими более толстыми кабелями.

Рис. 7. Сплав ниобия

Проблемами, препятствующими широкому использованию сверхпроводящих кабелей, являются высокая стоимость кабеля и его обслуживание (через сверхпроводящие линии необходимо постоянно перекачивать жидкий азот). Однако в Нью-Йорке в конце июня 2008 года была запущена первая коммерческая сверхпроводящая линия электропередач.

Рис. 8. Сверхпроводящий кабель

Задача 1

На цоколе лампочки накаливания написано 3,5 В; 0,7 А. Вычислите сопротивление нити накаливания в рабочем режиме.

Дано: ;

Найти: R

Решение:

Нам известна сила тока, проходящего через нить лампы в рабочем режиме, а также напряжение. Воспользуемся следствием из закона Ома для участка цепи:

Проверяем единицы измерения и подставляем известные значения:

Ответ:  

Задача 2

Согласно закону Ома для участка цепи, . Можно ли на этом основании считать, что сопротивление данного участка цепи прямо пропорционально напряжению на этом участке и обратно пропорционально силе тока в нём ()?

Решение

С точки зрения математики ответ кажется очевидным: чем больше напряжение, тем больше сопротивление (); чем меньше сила тока, тем больше сопротивление ().

Однако величина, обратная сопротивлению (проводимость), является коэффициентом пропорциональности между силой тока и напряжением на участке цепи ().

При этом само сопротивление зависит от того, какие проводники входят в участок цепи (размер, материал, температура и т. д.).

Если предположить, что утверждение в задаче верное, то при отсутствии тока в цепи сопротивление проводников также отсутствует, а это очевидно неверно (следовательно, утверждение неверно).

Задача 3

На рисунке 9 изображены вольтамперные характеристики двух резисторов. Какой из них имеет большее сопротивление?

Рис. 9. Иллюстрация к задаче

Решение

Из закона Ома следует:

Так как изображённые графики соответствуют функции  или математически , то чем больше угол между прямой и положительным направлением оси OX , тем больше коэффициент пропорциональности, то есть . Из этого делаем вывод:

Так как обе величины положительные, то:

Ответ: сопротивление второго проводника больше.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Домашнее задание

  1. Какова зависимость силы тока в проводнике от сопротивления проводника?
  2. Как формулируется закон Ома?
  3. Два проводника сопротивлением   соединены последовательно. Сила тока в цепи I = 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Clck.ru (Источник).
  2. Интернет-портал Clck.ru (Источник).

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/elektricheskoe-soprotivlenie-zakon-oma-dlya-uchastka-tsepi-grebenyuk-yu-v

Закон Ома для участка цепи и полной цепи формулы и определения

Электрическое сопротивление участка цепи

В данной статье расскажем про закон Ома, формулы для полной цепи (замкнутой), участка цепи, неоднородного участка цепи, в дифференциальной и интегральной форме, переменного тока, а также для магнитной цепи.

Вы узнаете какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома, а также где он встречается.

Закон Ома: постоянный ток , протекающий через проводник, прямо пропорционален напряжению , приложенному к его концам и обратно пропорционален сопротивлению .

Закон Ома был сформулирован немецким физиком и математиком Георгом Омом в 1825-26 годах на основе опыта. Это экспериментальный закон, а не универсальный — он применим к некоторым материалам и условиям.

Закон Ома является частным случаем более позднего и более общего —  второго закона Кирхгофа

Ниже будет представлено видео, в котором объясняется закон Ома на пальцах.

Формула закона Ома для участка цепи

Интенсивность постоянного тока, протекающего через проводник, пропорциональна напряжению, приложенному к его концам. В интернете часто называют данную формулу первым законом Ома:

U — напряжение

I — сила (интенсивность) тока

R —  Сопротивление

Электрическое сопротивление:

Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением или сопротивлением.

Отношение напряжения к току для данного проводника является постоянным:

Единица электрического сопротивления составляет 1 Ом  (1 Ω):

Резистор имеет сопротивление 1, если приложенное напряжение 1 вольт и сила тока составляет 1 ампер.

Зависимость электрического сопротивления от размера направляющей:

Сопротивление проводящей секции с постоянным поперечным сечением R прямо пропорционально длине этого сегмента li, обратно пропорциональному площади поперечного сечения S:

R— электрическое сопротивление

ρ — удельное сопротивление

I — длина направляющей

S — площадь поперечного сечения

Эта зависимость была подтверждена экспериментально британским физиком Хамфри Ди в 1822 году до разработки закона Ома.

Закон Ома для замкнутой (полной) цепи

Закон Ома для полной цепи — это значение силы (интенсивности) тока в настоящей цепи, который зависит от сопротивления нагрузки и от источника тока (E), также его называют вторым законом Ома.

Электрическая лампочка является потребителем источника тока, подключив их вместе, они создают полную электро-цепь. На картинке выше, вы можете увидеть полную электрическую цепь, состоящую из  аккумулятора и лампы накаливания.

Электричество, проходит через лампу накаливания и через сам аккумулятор. Следовательно, ток проходя через лампу, в дальнейшем пройдет и через аккумулятор, то есть сопротивление лампочки складывается со сопротивлением аккумулятора.

Сопротивление нагрузки (лампочка), называют внешним сопротивлением, а сопротивление источника тока (аккумулятора) — внутренним сопротивление. Сопротивление аккумулятора обозначается латинской буквой r.

Когда электричество течет вокруг цепи, внутреннее сопротивление самой ячейки сопротивляется потоку тока, и поэтому тепловая энергия теряется в самой ячейке.

  • E  = электродвижущая сила в вольтах, V
  • I = ток в амперах, A
  • R = сопротивление нагрузки в цепи в Омах,  Ω
  • r = внутреннее сопротивление ячейки в Омах,  Ω

Мы можем изменить это уравнение;

и затем

В этом уравнении появляется ( V ), что является конечной разностью потенциалов, измеренной в вольтах (V). Это разность потенциалов на клеммах ячейки при протекании тока в цепи, она всегда меньше э.д.с. ячейки.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Если на участке цепи действуют только потенциальные силы (Рисунок 1а), то закон Ома записывается в известном виде . Если же в кругу проявляется еще и действие сторонних сил (Рисунок 2б), то закон Ома примет вид   , откуда . Это и есть закон Ома для любого участка цепи.

Закон Ома можно распространить и на весь круг. Соединив точки 2 и 1 (Рисунок 3в), преобразуем разность потенциалов в ноль, и учитывая сопротивление источника тока, закон Ома примет вид  . Это и есть выражение закона Ома для полной цепи.

Последнее выражение можно представить в различных формах. Как известно, напряжение на внешнем участке зависит от нагрузки, то есть или , или .

В этих выражениях Ir — это падение напряжения внутри источника тока, а также видно, что напряжение U меньше ε на величину Ir . Причем, чем больше внешнее сопротивление по сравнению с внутренним, тем больше U приближается к ε.

Рассмотрим два особых случая, в отношении внешнего сопротивления цепи.

1) R = 0 — такое явление называют коротким замыканием. Тогда, из закона Ома имеем — , то есть ток в цепи возрастает до максимума, а внешний спад напряжения U → 0. При этом в источнике выделяется большая мощность, что может привести к его неисправности.

2) R = ∞ , то есть электрическая цепь разорвана, тогда , а . Итак, в этом случае, ЭДС численно равна напряжению на клеммах разомкнутого источника тока.

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома можно представить в таком виде, чтобы он не был связан с размерами проводника. Выделим участок проводника Δ l , на концах которой приложено потенциалы φ 1 и φ 2. Когда средняя площадь сечения проводника Δ S , а плотность тока j , то сила тока

Если Δ l → 0, то взяв предел отношения, . Итак, окончательно получим , или в векторной форме — это выражение закона Ома в дифференциальной форме. Этот закон выражает силу тока в произвольной точке проводника в зависимости от его свойств и электрического состояния. 

Закон ома для переменного тока

Это уравнение представляет собой запись закона Ома для цепей переменного тока относительно их амплитудных значений. Понятно, что оно будет справедливым и для эффективных значений силы и тока:  .

Для цепей переменного тока возможен случай, когда , а это значит, что U L = U C . Поскольку эти напряжения находятся в противофазе, то они компенсируют друг друга. Такие условия называют резонансом напряжений. Резонанс можно достичь или при ω = const , изменяя С и L , или же при постоянных С и L подбирают ω, которая называется резонансным. Как видно — .

Особенности резонанса напряжений следующие:

  • полное сопротивление цепи минимальное, Z = R ;
  • амплитуда тока — максимальная ;
  • амплитуда значений приложенного напряжения равна амплитуде на активном сопротивлении;
  • напряжение и ток находятся в одинаковых фазах (φ = 0);
  • мощность источника передается только активному сопротивлению, следовательно полезная мощность — максимальная.

Резонанс токов получают при параллельном соединении индуктивности и емкости на рисунке слева. По первому закону Кирхгофа результирующий ток в какой-то момент времени I = IL+IC.

Несмотря на то, что суммы ІL и IC могут быть достаточно большими, ток в главном круге станет равным нулю, а значит сопротивление цепи станет максимальным.

Зависимость силы тока от частоты при различных активных сопротивлениях показана на рисунке справа.

Закон Ома в интегральной форме

С дифференциального закона Ома можно непосредственно получить интегральный закон. Для этого умножим скалярно левую и правую части выражения на элементарную длину проводника (перемещение носителя тока), образовав соотношение

(1)

В (1) j*S n = И есть величина силы тока. Проинтегрируем (1) по участку круга L с точки 1 до точки 2

 (2)

В (2) выражение

(3)

есть сопротивление проводника, а — удельное сопротивление. Интеграл в правой части (2) является напряжение U на концах участка

. (4)

Окончательно из (2) — (4) имеем выражение для закона Ома в интегральной форме

(5)

который он установил экспериментально.

Интерпретация закона Ома

Интенсивность тока, являющаяся действием приложенного напряжения, ведет себя пропорционально его напряжению. Например: если приложенное напряжение увеличивается в два раза, оно также удваивает силу тока (интенсивность тока).

Помните, что закон Ома удовлетворяется только частью материалов — в основном металлами и керамическими материалами.

Когда закон Ома встречается и какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома

Закон Ома является экспериментальным законом, выполненным для некоторых материалов (например, металлов) для фиксированных условий тока, в частности температуры проводника.

Материалы, относящиеся к закону Ома, называются омическими направляющими или линейными проводниками. Примерами проводников, которые соответствуют закону Ома, являются металлы (например, медь, золото, железо), некоторые керамические изделия и электролиты.

Материалы, не относящиеся к закону Ома, в которых сопротивление является функцией интенсивности протекающего через них тока, называются нелинейными проводниками. Примерами руководств, не относящихся к закону Ома, являются полупроводники и газы.

Закон Ома не выполняется, когда изменяются параметры проводника, особенно температура.

Источник: https://meanders.ru/vse-chto-nuzhno-znat-pro-zakon-oma.shtml

Booksm
Добавить комментарий