Физика закон ома для участка цепи: Урок 29. закон ома для участка цепи. соединения проводников — Физика — 10 класс

Урок 29. закон ома для участка цепи. соединения проводников — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 29. Закон Ома для участка цепи. Соединения проводников

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. условия, необходимые для существования электрического тока;
2. постоянный электрический ток;
3. закон Ома для участка цепи;
4. формула расчета сопротивления проводника с учетом свойств материала проводника и его геометрических размеров;
5. типы соединений проводников и формулы расчета параметров электрической цепи для каждого типа.

Глоссарий по теме.

Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t, в течение которого шёл ток.

Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся со временем.

Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

Смешанное соединение проводников — это такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Узел – это точка электрической цепи, где сходится не менее трех ветвей.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, то есть противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника.

Резистор или проводник — элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 335 – 340.

2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. – С. 105 – 109.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 томах под редакцией академика Ландсберга Г.С.: Т.2. Электричество и магнетизм. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 110 – 115.

4. Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 83 – 87.

5. Савельев И.В. Курс общей физики, том II. Электричество. М.: Изд. «Наука», 1970 г. С. 108.

Открытые электронные ресурсы:

http://kvant.mccme.ru/1979/02/elektrichestvo_ie_temperatura.htm

Теоретический материал для дополнительного изучения

Сложно представить нашу жизнь без электрического тока. Каждый день, не задумываясь, мы используем различные электрические приборы, в основе работы которых лежат простые и сложные электрические цепи. Какому закону подчиняются основные параметры электрических цепей? Как рассчитать эти цепи, чтобы приборы работали исправно?

Вы уже знаете, электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Для возникновения и существования электрического тока в проводнике необходимо:

1. наличие свободных заряженных частиц;
2. сила, действующая на них в определённом направлении, то есть наличие электрического поля в проводнике.

Различают следующие действия электрического тока:

1. тепловое ;
2. химическое ;
3. магнитное .

Постоянный ток — электрический ток, у которого сила тока и направление не изменяются со временем.

Сила тока I равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:

За направление электрического тока условно выбрано направление движения положительно заряженных частиц, то есть в сторону, противоположную направлению движения электронов.

Для каждого проводника – твердого, жидкого и газообразного – существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов (напряжения) на концах проводника. Эту зависимость выражает, так называемая,

вольт-амперная характеристика проводника.

Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов ) при неизменной температуре справедлив закон Ома для участка цепи:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи:

Закон имеет простую форму, но доказать экспериментально его справедливость довольно трудно.

Закон Ома является основой всей электротехники постоянных токов. Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно.

Основная электрическая характеристика проводника – сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Причиной электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки. Сопротивление проводника зависит от свойств материала проводника и его геометрических размеров.

Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения:

где величина ρ – удельное сопротивление проводника — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь). Удельное сопротивление веществ приводятся в справочных таблицах.

Омметр – прибор для измерения сопротивления.

От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию. Для этого составляют электрические цепи различной сложности. Различают последовательное, параллельное, смешанное соединения проводников.

Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. Главная особенность последовательного соединения заключается в том, что через все проводники протекает одинаковый ток. Если через один проводник протекает ток определенной величины, то такой же ток протекает и через все остальные. Если хотя бы в одном проводнике отсутствует ток, то он обязательно отсутствует и во всех остальных. Напряжение на концах последовательно соединенных проводников складывается. Полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений всех проводников.

Последовательное соединение
Физическая величина	Формула
Сила тока	I = I1 = I2
Напряжение	U = U1 + U2
Сопротивление	R = R1 + R 2

Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

Параллельное соединение
Физическая величина	Формула
Сила тока	I = I1 + I2
Напряжение	U = U1 = U2
Сопротивление

Узел – это точка электрической цепи, где сходится не менее трех ветвей.

Узел обозначается на схеме жирной точкой в том месте, где ветви соединяются между собой.

Смешанное соединение проводников.

Смешанным соединением проводников называют такое соединение, при котором в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Метод эквивалентных преобразований

заключается в том, что электрическую цепь или ее часть заменяют более простой по структуре электрической цепью. При этом токи и напряжения в непреобразованной части цепи должны оставаться неизменными, т.е. такими, какими они были до преобразования. В результате преобразований расчет цепи упрощается и часто сводится к элементарным арифметическим операциям.

Расчет сопротивления сложной цепи:

Рези́стор или проводник — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

Примеры и разбор решения заданий

1. Выберите один из 3 вариантов ответа:

При параллельном соединении проводников…

1) напряжение зависит от сопротивления на данном участке цепи

2) напряжение везде разное

3) напряжение везде одинаковое

Ответ: 3) напряжение везде одинаковое.

2. На участке цепи, изображенном на рисунке, сопротивление каждого из резисторов равно 24 Ом. Чему равно полное сопротивление участка при замкнутом ключе К?

Решение.

После замыкания ключа схема будет представлять собой параллельное соединение резистора с двумя последовательно соединенными резисторами.

Полное сопротивление участка при замкнутом ключе равно

(R+R)R/((R+R) + R) = 2R/3 = 16 Ом.

Ответ: 16 Ом.

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Соединение проводников.

Металлический проводник, подключенный к источнику тока является примером однородного участка цепи.

Немецкий физик Георг Симон Ом экспериментально изучил зависимость силы тока в металлических проводниках от напряжения, пришел к выводу: если состояние проводника с течением времени не меняется, а его температура постоянна, то для каждого проводника существует однозначная связь между I и U — вольт-амперная характеристика.

Закон Ома для участка цепи: 

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

Электрическое сопротивление проводника

Это физическая скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных зарядов.

Сопротивление однородного металлического проводника постоянного сечения зависит от его геометрических размеров, формы и вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление проводника  зависит от рода вещества и его состояния, например, температуры. Удельное сопротивление для определенного вещества имеет постоянное табличное значение.

Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью данного проводника.

Параллельное и последовательное соединение проводников

Резистор — элемент электрической цепи, характеризуемый только сопротивлением электрическому току. На схемах резистор обозначается прямоугольником:  Реостат — прибор, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления. Обозначение на схемах: 

Резисторы Реoстат

???Вопросы

1. Что называют вольт-амперной зависимостью?
2. Как зависит сила тока от напряжения? от сопротивления?
3. Сформулируйте закон Ома для участка цепи?
4. Что называют сопротивлением?
5. От каких величин зависит сопротивление? Формула?
6. Назовите единицы измерения I, U,R?
7. Какие вы знаете соединения проводников?
8. Какое соединение называют последовательным?
9. Запишите законы последовательного соединения?
10. Какое соединение называют параллельным?
11. Запишите законы параллельного соединения?
12. Какое соединение больше применяется на практике? Почему?
13. Как называется этот прибор? Какова цена деления?

Закон Ома для участка цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Закон Ома для однородного участка элект­рической цепи кажется до­вольно простым: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна на­пряжению на концах этого участка и об­ратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U / R,

где I —сила тока в участке цепи; U — на­пряжение на этом участке; R — сопротив­ление участка.

После известных опытов Эрстеда, Ам­пера, Фарадея возник вопрос: как зависит ток от рода и характеристик источника то­ка, от природы и характеристик провод­ника, в котором существует ток. Попытки установить такую зависимость удались лишь в 1826—1827 гг. немецкому физику, учи­телю математики и физики Георгу Симону Ому (1787—1854). Он разработал установку, в которой в значительной степени можно было устранить внешние влияния на ис­точник тока, исследуемые проводники и т. п. Следует также иметь в виду: для многих ве­ществ, которые проводят электрический ток, закон Ома вообще не выполняется (полу­проводники, электролиты). Металлические же проводники при нагревании увеличи­вают свое сопротивление.

Ом (Ohm) Георг Симон (1787—1854) — немецкий физик, учитель математики и физики, член-корреспондент Берлин­ской АН (1839). С 1833 г. профессор и с 1839 г. ректор Нюрнбергской высшей по­литехнической школы, в 1849—1852 гг.— профессор Мюнхенского университе­та. Открыл законы, названные его име­нем, для однородного участка цепи и для полной цепи, ввел понятие элект­родвижущей силы, падения напряже­ния, электрической проводимости. В 1830 г. произвел первые измерения электродвижущей силы источника тока.

В формулу закона Ома для однородного участка цепи входит напряжение U, которое измеряется работой, выполняемой при пе­ренесении заряда в одну единицу в данном участке цепи:

U = A / q,

где A — работа в джоулях (Дж), заряд q — в кулонах (Кл), а на­пряжение U — в вольтах (В).

Из формулы для закона Ома можно лег­ко определить значение сопротивления для участка цепи:

R = U / I.

Если напряжение определено в вольтах, а сила тока — в амперах, то значение со­противления получается в омах (Ом):

Ом = В/А.

На практике часто используются меньшие или большие единицы для измерения сопро­тивления: миллиом (1мОм = 10 Ом), килоом (1кОм = 10³ Ом), мегаом (1МОм = 10⁶ Ом) и т. п. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Закон Ома для однородного участка цепи можно выразить через плотность тока и на­пряженность электрического поля в нем. В самом деле, с одной стороны, I = jS, а с дру­гой — I = (φ₁ — φ₂) / R = —Δφ / R. Если имеем однородный проводник, то и напряженность элект­рического поля в нем будет одинаковой и равной E = —Δφ / l. Вместо R подставляем его значение ρ • l / S и получаем:

j = —Δφ / ρl = (-1 / ρ) • (Δφ / l) = (1 / ρ) • E = σE.

Учитывая, что плотность тока j̅ и напряженность поля E̅ — величины векторные, имеем закон Ома в наиболее общем виде:

j̅ = σ͞E.

Это — одно из важнейших уравнений электродинамики, оно справедливо в любой точке электрического поля.

На этой странице материал по темам:

• Шпаргалка «закон ома для однородного участка линейной цепи»

• Доклад по теме элементы электроцепи. закон ома для участка цепи

• Название формулы,плотность,вес тела,закон ома для участка электрической цепи

• Закон ома для полной цепи краткий конспект

• Закон ома для динамиков

Вопросы по этому материалу:

• Какие электрические величины и как объединяет между собой за­кон Ома для однородного участка цепи?

• Что такое электрическое напряжение?

• Как определяется сопротивление проводников?

• Как формулируется закон Ома для каждой точки проводника с током, который объединяет такие электрические величины: плотность тока, удельные сопротивление или электропроводимость вещества проводника и напряженность электрического поля в данной точке проводника?

Закон Ома | Физика

В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи,— сила тока I, напряжение U и сопротивление R. Между этими величинами существует определенная связь. Закон, выражающий эту связь, был установлен в 1827 г. немецким ученым Г. Омом и поэтому носит его имя.

Выделим в произвольной электрической цепи участок, обладающий сопротивлением R и находящийся под напряжением U (рис. 37). Согласно закону Ома:
Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению.

Математически закон Ома записывается в виде следующей формулы:

I = U/R      (14.1)

Закон Ома позволяет установить, что будет происходить с силой тока на участке цепи при изменении его сопротивления или напряжения.

1. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: чем больше напряжение U на концах участка цепи, тем больше сила тока I на этом участке. Увеличив (или уменьшив) напряжение в несколько раз, мы во столько же раз увеличим (или уменьшим) силу тока.

Проиллюстрируем эту закономерность на опыте. Соберем электрическую цепь из источника тока, лампы, амперметра и ключа (рис. 38, а). В качестве источника тока будем использовать устройство, позволяющее регулировать выходное напряжение от 4 до 12 В. Измеряя силу тока в цепи при разных напряжениях, можно убедиться в том, что она действительно пропорциональна напряжению.

2. При неизменном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению: чем больше сопротивление R участка цепи, тем меньше сила тока I в нем.

Для проверки этой закономерности заменим в используемой цепи лампу на магазин сопротивлений (рис. 38, б). Измеряя силу тока при разных сопротивлениях, мы увидим, что сила тока I и сопротивление R действительно находятся в обратно пропорциональной зависимости.

При уменьшении сопротивления сила тока возрастает. Если сила тока превысит допустимое для данной цепи значение, включенные в нее приборы могут выйти из строя; провода при этом могут раскалиться и стать причиной пожара. Именно такая ситуация возникает при коротком замыкании. Так называют соединение двух точек электрической цепи, находящихся под некоторым напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.

Короткое замыкание может возникнуть при соприкосновении оголенных проводов, при небрежном ремонте проводки под током, при большом скоплении пыли на монтажных платах и даже при случайном попадании какого-нибудь насекомого внутрь прибора.

На законе Ома основан экспериментальный способ определения сопротивления. Из формулы (14.1) следует, что

R = U/I      (14.2)

Поэтому для нахождения сопротивления R участка цепи надо измерить на нем напряжение U, затем силу тока I, после чего разделить первую из этих величин на вторую. Соответствующая этому схема цепи изображена на рисунке 39.

Если, наоборот, известны сопротивление R и сила тока I на участке цепи, то закон Ома позволяет рассчитать напряжение U на его концах. Из формулы (14.1) получаем

U = IR     (14.3)

Чтобы найти напряжение U на концах участка цепи, надо силу тока I на этом участке умножить на его сопротивление R.

Опубликовав книгу, в которой излагался открытый им закон «Теоретические исследования электрических цепей», Георг Ом написал, что «рекомендует ее добрым людям с теплым чувством отца, не ослепленного обезьяньей любовью к детям, но довольствующегося указанием на открытый взгляд, с которым его дитя смотрит на злой мир». Мир действительно оказался для него злым, и уже через год после выхода его книги в одном из журналов появилась статья, в которой работы Ома были подвергнуты уничтожающей критике. «Тот, кто благоговейными глазами взирает на вселенную,— говорилось в статье,— должен отвернуться от этой книги, являющейся плодом неисправимых заблуждений, преследующих единственную цель — умалить величие природы».

Злобные и безосновательные нападки на Ома не прошли бесследно. Теорию Ома не приняли. И вместо продолжения научных исследований он должен был тратить время и энергию на полемику со своими оппонентами. В одном из своих писем Ом написал: «Рождение «Электрических цепей» принесло мне невыразимые страдания, и я готов проклясть час их зарождения».

Но это были временные трудности. Постепенно, сначала в России, а затем и в других странах, теория Ома получила полное признание. Закон Ома внес такую ясность в правила расчета токов и напряжений в электрических цепях, что американский ученый Дж. Генри, узнав об открытиях Ома, не удержался от восклицания: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».

??? 1. Сформулируйте закон Ома. 2. Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах? 3. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи? 4. Как с помощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника? 5. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка? 6. Что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока? 7. Объясните причину короткого замыкания в ситуациях, изображенных на рисунке 40.

Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Виды соединения проводников.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.
За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.
Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

Пусть цилиндрический проводник имеет поперечное сечение площадью S. За положительное направление в проводнике примем направление слева направо. Заряд каждой частицы будем считать равным q₀.

В объеме проводника, ограниченном поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием Δl между ними, содержится общий заряд q = q₀nSΔl. Если частицы движутся слева направо со средней скоростью v, то за время Δt = Δl / v все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока равна: В СИ единицей силы тока является ампер (А). Эту единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов.

Измеряют силу тока амперметрами. Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике. Найдем скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле v = I /enS, где е — модуль заряда электрона. Пусть, например, сила тока I = 1 A, а площадь поперечного сечения проводника S = 10^-6 м². Модуль заряда электрона е = 1,6•10^-19 Кл. Число электронов в 1 м³ меди равно числу атомов в этом объеме, так как один из валентных электронов каждого атома меди коллективизирован и является свободным. Это число есть n = 8,5•10²⁸ м³. Следовательно,

Очевидно, что скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала.

Основная количественная характеристика электрического тока — сила тока. Она определяется электрическим зарядом, переносимым через поперечное сечение проводника за единицу времени. Скорость заряженных частиц (электронов) в проводнике очень мала — около 0,1 мм/с.

Условия существования постоянного электрического тока.

 Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока — устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например, в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают  при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах — при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Закон Ома для участка цепи.

Немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. связал воедино три физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

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

I=U/R,

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.

 Последовательное и параллельное соединение проводников.

 Электрическая цепь включает в себя источника тока и проводники (потребители, резисторы и др), которые могут соединятся  последовательно или параллельно.

Смешанное соединение — комбинация  параллельного и последовательного  соединений.

Методическая разработка «Закон Ома для участка цепи»

                           Краткое описание документа:

Урок в 8 классе по теме «Закон Ома для участка цепи» содержит методическую разработку с компьютерной поддержкой. Цели урока: исследовать зависимость силы тока протекающей через проводник  от напряжения на данном участке цепи и сопротивления проводника, создание условий для развития экспериментальных умений и навыков, умения обосновывать свои высказывания, развитие творческого мышления, умения переносить полученные знания в новую ситуацию, формирование научного мировоззрения через познаваемость физических явлений, формирование навыков самостоятельной работы. Урок строится по принципу: наблюдения => гипотеза => эксперимент => вывод. 
Решая проблему, дети выводят закон Ома для участка цепи. В конце урока — тест и качественные задачи.

 

 

 

 

Актуальность курса. В действующем государственном образовательном стандарте основного общего образования большое внимание уделяется экспериментальной подготовке учащихся: формированию у них умений описывать и объяснять физические явления; использовать физические приборы и измерительные инструменты для экспериментального определения физических величин; представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости, анализировать результаты и делать выводы.

Действующий образовательный стандарт основного общего образования предъявляет следующие требования к уровню подготовки выпускников основ­ной школы по физике: уметь описывать и объяснять физические явления; ис­пользовать физические приборы и измерительные инструменты для экспери­ментального определения физических величин; представлять результаты изме­рений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости и т. д.

 

 

 

 

 

Анализ урока

 

Объектом обучения является процесс обучения физике учащихся основной школы

Предмет обучения — формирование компетентностей саморазвития учащихся в процессе выполнения экспериментальных задач.

Целью обучения — научное обоснование и разработка методики обучения физике, основанная на использовании экспериментальных задач как средства формирования компетентности саморазвития учащихся.

В основу нашего метода обучения была положена следующая гипотеза: если уточнить структуру и содержание компетентностей саморазвития, использовать методику, основанную на выполнении экспериментальных задач и для объективной оценки и коррекции применять квалиметрический  анализ, то это позволит формировать компетентности саморазвития учащихся.

В соответствии с целью и гипотезой, были определены следующие задачи:

1. На основе анализа психолого-педагогической и научно-методической литературы выделить компетентности  саморазвития, которые целесообразно формировать у школьников в процессе обучения физике, и их основные структурные компоненты.
2.  Определить роль экспериментальных задач в процессе формирования компетентностей саморазвития школьников при обучении физике.
3. Разработать методику оценки уровня сформированности у школьников компетентностей саморазвития при решении экспериментальных задач.
4. Осуществить экспериментальную проверку оценки уровня сформированности у школьников компетентностей саморазвития.

В процессе реализации поставленной цели и решения задач использовались общенаучные и специальные методы теоретического и эмпирического исследования: анализ и синтез основных принципов современной педагогики, моделирование закономерностей образовательного процесса; групповая обработка результатов диагностических процедур; выявление количественных показателей состояния образовательной среды.

 

 

                            Рефлексия учебной деятельности.

Подводим итоги урока. Собираем карты урока, в которых дети отмечали результаты работы на уроке.

Учитель предлагает продолжить предложение:

• я узнал…..
• я научился….
• теперь я могу….
• мне понравилось

   Ученица 8 е класса Фаррахова Я. : Я узнала зависимость силы тока от напряжения.

Ученик 8 е класса Сабиров Т. : Я научился экспериментально определить зависимость силы тока от напряжения.

Ученик 8 е класса Бесоннова С. : Теперь я могу собирать простые электрические цепи.

Ученик 8 е класса Метаршоев М. : Мне понравилось работа со схемами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конспект урока  «ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ»

 

Цели урока: исследовать зависимость силы тока протекающей через проводник  от напряжения на данном участке цепи и сопротивления проводника.

 Задачи:

Образовательная:	формировать представление о зависимости силы тока от напряжения на участке цепи и его сопротивления; механизме протекающих при этом процессов в проводнике под действием сил электрического поля.
Развивающая:	развивать умение наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов; продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
Воспитательная:	развивать познавательный интерес к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул; показать роль физического эксперимента и физической теории в изучении физических явлений.

 

Формы работы учащихся:   индивидуальная, фронтальная, работа в  группах.

Результаты учебной деятельности учащихся:

• усвоить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;  
• усвоить, что сила тока на участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным;
• знать закон Ома для участка цепи;
• уметь наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты демонстрационного эксперимента;
•  уметь применять закон Ома для участка цепи при решении задач.

Ключевые идеи:

• Научить видеть проявления изученных закономерностей в окружающей жизни, научить учащихся применять знания в новой ситуации, развивать умения объяснять окружающие явления, совершенствовать навыки решения качественных задач, расширить кругозор учащихся.
• Развивать умения работать в коллективе в сочетании с самостоятельной работой, развивать коммуникативные способности.
• В процессе работы с учащимися учитель должен учитывать не только  индивидуальные потребности учащегося, но и общие подходы к обучению, адаптируясь  при этом к  потребностям каждой личности.
• Использование приемов технологии критического мышления и новых подходов в обучении для активизации познавательной деятельности учащихся.

 

Оборудование: Презентация к уроку, компьютер, экран, видеопроектор; амперметр и вольтметр, источник тока В-24, ключ, соединительные провода.

Структура урока:

І. Организационный момент:

• -приветствие;
• -определение отсутствующих;
• -проверка  степени готовности учащихся к уроку;

ІІ. Основная часть:

• Актуализация опорных знаний (выполнение творческих заданий)
• Выполнение тестового задания
• Минутка отдыха « Восприятие»
• Выполнение практического исследовательского задания в группах
• Вывод закон Ома для участка цепи.
• Закрепление знаний, умений, навыков. (решение устных задач)

 

ІІІ. Заключительный этап:

• Домашнее задание.
• Подведение итогов урока, оценка работ учащихся.
• Рефлексия 

 

Ход урока.

1) Актуализация опорных знаний -10 мин.

 

Здравствуйте ребята наш урок, я хочу начать с  такого четверостишья:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических  лучей.

Ребята, знания науки всегда, помогает человеку в жизни, а незнания приводит подчас к трагическим последствиям. Сделайте из этих слов для себя правильные выводы.

В моем четверостишье упоминается о электрических лучах. Как вы думаете, что это такое? (электрический ток)

Вопросы:

1. Что называется электрическим током?

Эталон ответа. Упорядоченное направленное движение частиц.

2. Что необходимо, чтобы в цепи существовал электрический ток?

Э.ответа. Источник тока, проводники, потребитель тока, и все эти элементы должны быть замкнуты.

3) Работа со схемами.

А теперь проверим, как вы видите нарушения в составлении электрических цепей.

Перед вами две эл. цепи, схемы которых представлены на экране.

  

 

1. Почему не горит исправная лампа в первой цепи при замыкании ключа? (Рис. 1)

Ответ учащихся.

Эталон ответа. Электрическая цепь имеет разрыв. Чтобы лампа загорелась, в цепи должен существовать электрический ток, а это возможно при замкнутой цепи, состоящей только из проводников электричества.

Учитель. А чем проводники отличаются от непроводников или изоляторов?

Ответ учащихся.

Эталон ответа. Проводники – такие тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. А в изоляторах такие переходы невозможны, и лампа загорается.

Приглашается ученик, который дал правильный ответ и он, устранив разрыв, демонстрирует правильный ответ. Лампа загорается.

2. Почему не звенит звонок во второй цепи при замыкании цепи? (Рис. 2)

Ответ учащихся.

Эталон ответа. Для получения электрического тока в проводнике, надо в нем создать электрическое поле. Под действием этого поля свободные заряженные частицы начнут двигаться упорядоченно, а это и есть электрический ток. Электрическое поле в проводниках создается и может длительно поддерживаться источниками электрического поля. Электрическая цепь должна иметь источник тока. Подключаем цепь к источнику тока и звонок звенит.

 

 

 

 

 

 

Выполнение теста по выбору: ( см приложение Тест)

После выполнения теста учащимися в тетради, они вписывают соответственно шкале оценку в оценочный лист в графу «Выполнение теста»

МИНУТКА ОТДЫХА

Ребята, однажды великого мыслителя Сократа спросили о том, что, по его мнению, легче всего в жизни? Он ответил, что легче всего – поучать других, а труднее – познать самого себя.

На уроках физики мы говорим о познании природы. Но сегодня  давайте взглянем « в себя». Как мы воспринимаем окружающий мир? Как художники или как мыслители?

1. Встаньте, поднимите руки вверх, потянитесь.
2. Переплетите пальцы рук.
3. Посмотрите какой палец  левой или правой руки оказался у вас вверху? Результат запишите «Л» или «П»
4. Скрестите руки на груди. («поза Наполеона») Какая рука сверху?
5. Поаплодируйте. Какая рука сверху?

ПОДВЕДЕМ ИТОГИ

Учитывая, что результат «ЛЛЛ» соответствует художественному типу личности, а «ППП» — типу мышления.

Какой же тип мышления преобладает у вашего класса?

Несколько «художников», несколько «мыслителей», а большинство ребят – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление.

Изучение нового материала

Перед вами портреты трёх ученых физиков. Один из них закрыт. Вы по двум другим должны отгадать, чей же этот портрет. Именно о нем, о его труде и пойдёт речь на сегодняшнем уроке. Но в этой загадке есть небольшая неточность.

 

Найдите её.(Ом = Вольта: Ампер.) 

Открываю портрет Ома. Именно он и откроет нам тайну в мир электрических явлений. Итак, ребята, тема сегодняшнего урока “Закон Ома для участка цепи”. Вы наверное обратили внимание, что портреты ученых соответствуют единицам измерения физических величин: силы тока, напряжения, сопротивления. Вот мы и должны выяснить с вами, а как же связаны между собой эти величины, какое практическое значение имеет закон Ома. Но сначала давайте узнаем, а как же Ом открыл свой закон?

 

Чтобы рассмотреть зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением, нужно обратиться к опыту. Запомните, чтобы установить зависимость одной величины от другой, все остальные должны быть постоянными. Сначала рассмотрим как зависит сила тока от сопротивления. Перед вами собрана электрическая цепь, в которую включены приборы (я показываю им прибор, а они мне называют его). Напряжение на концах проводника всегда поддерживается постоянным. Для этого следим за показанием вольтметра. (Демонстрирую опыт, показания приборов фиксирую в таблице). Ребята, обратите внимание на значения величин, изображенных в таблице.

УЧАЩИЕСЯ ВЫПОЛНЯЮТ В ГРУППАХ ( на группы учащиеся делятся по цвету карточек)

Поиск решения проблемы (открытие новых знаний)

Для этого создадим четыре  группы, которые займутся исследованием, а потом расскажут нам о полученных результатах. Вспоминаем правила техники безопасности при сборке электрической цепи

Работа в группах   (каждая группа получает задание)

Обсуждение результатов. (Представители групп рассказывают, что делали и какие результаты получили;)

-Назовите из каких элементов состояли электрические цепи? Для чего они необходимы? (источник тока — для создания и поддержания электрического поля в цепи, амперметр -для измерения силы тока в проводнике, вольтметр — для измерения напряжения на концах проводника, резистор -обеспечивает заданное электрическое сопротивление цепи, ключ -для замыкания и размыкания цепи)

— Сравниваем полученные выводы у групп №1 и  №3;  №2 и №4. Значения величин были разные, а выводы получились одинаковые.

 

Выводы:

1. При постоянном сопротивлении участка цепи сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, т.е. сила тока увеличивается во столько же раз, как и напряжение
2. При постоянном напряжении на концах проводника сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению, т.е. сила тока увеличивается во столько же раз, во сколько раз уменьшается сопротивление.

Мы имеем с вами       R=сonst    

                                      U=const    

— Получите формулу, выражающую зависимость между тремя величинами.

(              Чтобы заменить знак на ,нужно поставить коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от выбора единиц входящих в формулу. В системе СИ k=1)

— Зависимость между этими тремя величинами получила название «закон Ома для участка цепи», т.к. именно Георгу Ому в 1827 году впервые удалось экспериментально установить зависимость силы тока, напряжения и сопротивления.

— Сформулируйте  закон Ома для участка цепи.   ( Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению)

Рефлексия учебной деятельности.

Подводим итоги урока. Собираем карты урока, в которых дети отмечали результаты работы на уроке.

Учитель предлагает продолжить предложение:

• я узнал…..
• я научился….
• теперь я могу….
• мне понравилось…

Взаимосвязь величин в законе Ома вложена в смысл стихотворения, которое я сочинил для вас:

Ом Георг зовут меня
Я физик без сомнения
Я открыл закон, друзья,
Всемирного значения.
Если хочешь на участке
Напряженье знать,
Должен силу тока ты
Умело измерять.
Если ток в нем возрастает
То тотчас без сомнения,
Вверх пойдет расти, друзья,
Тоже напряжение.
Ну а если сила тока
Начинает падать вниз
Это значит, что сопротивленье
Показало свой каприз.
Если сила стала меньше
То сопротивленье вдруг
Резко буде повышаться
Ты запомни это, друг.

Домашнее задание: заполнить карточки в тетрадях, читать  § 38,39 упр.18,19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон Ома в физике

Закон Ома – это важнейший закон электрического тока. Данный закон носит имя немецкого физика Георга Ома.

Закон Ома для участка цепи

Если измерить одновременно напряжение на концах проводника (U) и силу тока (I), который течет через него, то будет получено: сила тока на участке проводника пропорциональна напряжению между концами избранного участка. В математической записи данный закон имеет вид:

   

где R — электрическое сопротивление проводника (сопротивление). Часто закон Ома для участка цепи записывают как:

   

Выражения (1) и (2) отображают то факт, что при установленном напряжении на концах проводников, имеющих разные сопротивления, сила тока будет уменьшаться с ростом сопротивления (R). Это обозначает, что рост сопротивления проводника — это то же самое, что увеличение помех, испытываемых носителями заряда при движении по проводнику под воздействием напряжения. Формулы (1) и (2) — это выражения закона Ома для участка цепи не содержащего источник напряжения (однородного участка).

Для неоднородного участка цепи закон Ома трансформируется в выражение вида:

   

гдеразность потенциалов начала и конца участка цепи; — электродвижущая сила источника тока; —сопротивление рассматриваемого участка цепи. Если выбор положительного ЭДС совпадает с направлением движения положительных зарядов, то считают большей нуля.

Закон Ома справедлив, когда сопротивление является постоянным для рассматриваемого проводника, то есть не зависит от приложенного напряжения и силы тока. К таким проводникам относят металлы, уголь, электролиты. Для ионизированных газов закон Ома в виде (1,2) можно применять только при малых напряжениях, которые не влияют на сопротивление вещества.

Закон Ома для замкнутой цепи, имеющей источник тока

Для замкнутой цепи с источником тока закон Ома записывают как:

   

где — сопротивление источника тока, R- внешнее сопротивление цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме

Если трубки тока являются цилиндрами с постоянной площадью сечения (S), что закон Ома используют в виде (1) или (2), а сопротивление рассчитывают как:

   

где — удельное сопротивление вещества, — длина проводника. Если форма проводника отличается от цилиндрической, то выражение (5) для расчёта сопротивления часто применять нельзя. Тогда Закон Ома используют в дифференциальной форме:

   

где — вектор плотности тока; — удельная проводимость вещества; — вектор напряженности поля в точке рассмотрения. Если вещество является однородным и изотропным, то поле внутри проводящего вещества при наличии тока в большинстве случаев совпадает с электростатическим полем. Это приводит к тому, что в таком проводнике линии напряженности совпадают линиями тока.

Говорят, что выражение (6) характеризует электрическое состояние вещества в точке. Выражение закона Ома в виде (1) — называют интегральным, в отличие от формулы (6).

Примеры решения задач

19,1 Закон Ома — Физика

Постоянный и переменный ток

Так же, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно перемещаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом. Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Затем электроны будут двигаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец ) по проводу и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец ).

Рис. 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы, который позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной.

Teacher Support

Teacher Support

Подчеркните, что электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательной клеммы.

Электрический ток — это скорость движения электрического заряда.Большой ток, такой как тот, который используется для запуска двигателя грузовика, перемещает большую величину очень быстро, тогда как небольшой ток, такой как тот, который используется для работы портативного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как

, где ΔQΔQ — это количество заряда, которое проходит через заданную область, а ΔtΔt — время, за которое заряд проходит мимо этой области. Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836).Один ампер — это один кулон в секунду, или

Электрический ток, движущийся по проволоке, во многом похож на ток воды, движущийся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, которые проходят мимо данного участка трубы. Как показано на рисунке 19.3, электрический ток очень похож. Мы подсчитываем количество электрических зарядов, протекающих по участку проводника; в данном случае провод.

Рис. 19.3 Электрический ток, движущийся по этому проводу, представляет собой заряд, который проходит через поперечное сечение A, деленный на время, которое требуется этому заряду, чтобы пройти через участок A .

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Обратите внимание на то, что носители заряда на этом рисунке положительны, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.

Предположим, что каждая частица q на рисунке 19.3 несет заряд q = 1nCq = 1nC, и в этом случае общий заряд будет равен ΔQ = 5q = 5nCΔQ = 5q = 5nC. Если эти заряды пройдут область A за время Δt = 1 нсΔt = 1 нс, то ток будет

I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.

19,1

Обратите внимание, что мы присвоили зарядам на рис. 19.3 положительный заряд. Обычно отрицательные заряды — электроны — являются подвижным зарядом в проводах, как показано на рисунке 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току такой же величины, движущемуся влево, как показано на рисунке 19.4, мы определяем обычный ток, который течет в том направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. .Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.

Также обратите внимание, что один кулон — это значительная величина электрического заряда, поэтому 5 А — это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).

Рис. 19.4 (a) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, а положительные заряды движутся вправо. (б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево.Электрическое поле и ток по-прежнему справа.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Обратите внимание на то, что электрическое поле одинаково в обоих случаях, и что ток направлен в направлении электрического поля.

Предупреждение о заблуждении

Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток равен , определяя как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются мобильными носителями заряда. Математически результат один и тот же, независимо от того, предположим ли мы, что положительный заряд течет в одну сторону или отрицательный заряд течет в противоположном направлении.Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения отверстий).

Snap Lab

Vegetable Current

Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, толкание большего количества частиц в один конец трубы приведет к вытеснению того же количества частиц из противоположного конца. Это создает поток частиц.

Найдите солому и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе.Положите соломинку на стол и засыпьте ее горошком. Когда вы вдавливаете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выходить из другого конца. Эта демонстрация представляет собой модель электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет собой подачу электроэнергии. В течение 30 секунд подсчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку. Когда закончите, вычислите гороха, текущий , разделив количество горошин на время в секундах.

Обратите внимание, что поток гороха основан на том, что горох физически сталкивается друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.

Проверка захвата

Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый заправлен до 1 нКл. Если вы пропустите горошек через соломинку со скоростью четыре горошины в секунду, как бы вы рассчитали электрический ток, переносимый заряженным горошком?

1. Измерьте длину соломинки, затем разделите на расход гороха и умножьте на расход на горошину.
2. Умножьте расход гороха на расход гороха.
3. Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока гороха и разделите на загрузку на горошину.
4. Разделите расход гороха на расход на горох.

Направление обычного тока — это направление, в котором течет положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое.В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому отрицательные заряды движутся. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. То же самое и с нервными клетками. Чистые положительные токи относительно редки, но встречаются. История свидетельствует о том, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин описал ток как направление, в котором положительные заряды проходят через провод. Он назвал тип заряда, связанный с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они переносят ток во многих ситуациях.

Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. Д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рисунке 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, чтобы электроны двигались, требуется сила, создаваемая электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к ​​концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем (или дрейф ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.

Рис. 19.5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.

До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют постоянным током .

Многие источники электроэнергии, такие как плотина гидроэлектростанции, показанная в начале этой главы, вырабатывают переменный ток, направление которого меняется взад и вперед. Переменный ток часто называют Переменный ток . Переменный ток перемещается вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рисунке 19.6. Переменный ток, который исходит из обычной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого он плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается снова.

Рисунок 19.6 При переменном токе направление тока меняется через определенные промежутки времени. График вверху показывает зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют движению тока влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Ток регулярно и плавно чередуется между этими двумя максимумами.

Teacher Support

Teacher Support

Помогите ученикам интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а плавно переходит от одного максимума к противоположному максимуму и обратно. Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.

Устройства, использующие переменный ток, включают пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую мощность, когда вы подключаете их к розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока толкает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.

Однако во многих устройствах используется DC, например в компьютерах, сотовых телефонах, фонариках и автомобилях.Одним из источников постоянного тока является аккумулятор, который обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими выводами. Когда ваше устройство подключено к батарее, потенциал постоянного тока толкает заряд в одном направлении через цепь вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока — использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые вы можете подключить к розетке, используются для зарядки вашего ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства. Люди обычно называют это зарядное устройство или аккумулятор , но это трансформатор, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш преобразователь.

Рабочий пример

Ток при ударе молнии

Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, каков средний электрический ток в молнии?

Стратегия

Используйте определение тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt. Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов ΔQ = neΔQ = ne, где n = 1020n = 1020 — количество электронов, а e = −1.60 · 10−19Ce = −1.60 · 10−19C — заряд электрона. Это дает

ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C. ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C.

19,2

Время Δt = 2 × 10–3 с Δt = 2 × 10–3 с — это продолжительность удара молнии.

Решение

Ток при ударе молнии

I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.

19,3

Обсуждение

Отрицательный знак отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток должен течь от земли к облаку.

Рабочий пример

Средний ток для заряда конденсатора

В цепи, содержащей конденсатор и резистор, заряд конденсатора емкостью 16 мкФ с использованием батареи 9 В. занимает 1 мин. Какой средний ток в это время?

Стратегия

Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C = QVC = QV.Когда конденсатор заряжается батареей 9 В, напряжение на конденсаторе будет V = 9VV = 9V. Это дает заряд

Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы можем найти средний ток.

Решение

Средний ток

I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА.

19,5

Обсуждение

Этот небольшой ток типичен для тока, встречающегося в таких цепях.

Сопротивление и закон Ома

Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом похож на воду, текущую по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засорения и узкие участки в трубе. Эти препятствия замедляют ток через трубу. Точно так же электрический ток в проводе может замедляться многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале.Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление — это описание того, насколько провод или другой электрический компонент препятствует прохождению через него заряда. В XIX веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально обнаружил, что ток через проводник пропорционален падению напряжения на проводнике с током.

Константа пропорциональности — это сопротивление материала R , что приводит к

Это соотношение называется законом Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Закон Ома — это эмпирический закон, подобный закону трения, что означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицы сопротивления — вольт на ампер или В / А. Мы называем V / A Ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,

1 Ом = 1 В / А (1,4). 1 Ом = 1 В / А (1,4). Закон

Ома справедлив для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость).При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. Омические материалы включают в себя хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически неизменным в широком диапазоне напряжения и тока.

Watch Physics

Знакомство с электричеством, цепями, током и сопротивлением

В этом видео представлен закон Ома и показана простая электрическая схема.Говорящий использует аналогию давления, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет заряд двигаться. Он обращается к электрическому потенциалу как , электрическому давлению . Другой способ размышления об электрическом потенциале — это представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом замкнутом пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает другие вокруг себя. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в небольшом пространстве: какие бы частицы ни толкали к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица толкает друг друга.

Проверка захвата

Если вместо одного резистора R на схеме, показанной в видео, нарисовать два резистора с сопротивлением R каждый, что вы можете сказать о токе в цепи?

1. Сила тока в цепи должна уменьшиться вдвое.
2. Сила тока в цепи должна увеличиться вдвое.
3. Ток в цепи должен оставаться неизменным.
4. Количество тока в цепи увеличится вдвое.

Виртуальная физика

Закон Ома

Это моделирование имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным к батареям.Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и / или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий малых рассеивающих центров . Они представляют собой загрязнения или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.

Проверка захвата

В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение удвоить (например, с 3 \, \ text {V} до 6 \, \ text {V}), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?

1. Сила тока удвоится.Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
2. Сила тока удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
3. Ток увеличится вдвое. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
4. Ток уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.

Рабочий пример

Сопротивление фары

Каково сопротивление автомобильной фары, через которую проходит 2,50 А при подаче на нее 12,0 В?

Стратегия

Закон

Ома говорит нам, что Vheadlight = IRheadlightVheadlight = IRheadlight. Падение напряжения при прохождении через фару — это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight = VbatteryVheadlight = Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.

Решение

Решение закона Ома для сопротивления фары дает

Vheadlight = IRheadlight Vbattery = IRheadlight Rhead = Vbattery I = 12V2.5A = 4.8Ω. Vheadlight = IRheadlight Vbattery = IRheadlightRheadlight = VbatteryI = 12V2.5A = 4.8Ω.

19,6

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивление в цепях обычно измеряется в кВт или МВт.

Рабочий пример

Определите сопротивление по графику «ток-напряжение»

Предположим, вы подаете на цепь несколько различных напряжений и измеряете ток, протекающий по цепи.График результатов показан на рисунке 19.7. Какое сопротивление цепи?

Рисунок 19.7 Линия показывает зависимость тока от напряжения. Обратите внимание, что ток указан в миллиамперах. Например, при 3 В ток составляет 0,003 А или 3 мА.

Стратегия

График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V = IRV = IR) константа пропорциональности — это сопротивление R . Поскольку на графике показан ток как функция напряжения, мы должны изменить закон Ома в следующей форме: I = VR = 1R × VI = VR = 1R × V.Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R. Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы сможем вычислить сопротивление R .

Решение

Наклон линии равен подъему , разделенному на подъема . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия поднимается на 1 мА (0,001 А) и проходит через напряжение 1 В. Таким образом, наклон линии равен

. наклон = 0.001A1V. Наклон = 0,001A1V.

19,7

Приравнивая наклон к 1R1R и решая для R , получаем

1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом 1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом

19,8

или 1 кОм.

Обсуждение

Это сопротивление больше, чем то, что мы обнаружили в предыдущем примере. Подобные сопротивления часто встречаются в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе. Обратите внимание, что если бы линия на рисунке 19.7 не была прямой, то материал не был бы омическим, и мы не смогли бы использовать закон Ома.Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются безомными.

20.2: Закон Ома — сопротивление и простые схемы

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов \ (V \), которая создает электрическое поле.Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению \ (В \). Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :

\ [I \ propto V. \ label {20.3.1} \]

Это важное соотношение известно как закон Ома .Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением \ (R \). Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление обратно пропорционально току, или

.

\ [I \ propto \ frac {1} {R}. \ label {20.3.2} \]

Так, например, при удвоении сопротивления ток уменьшается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем

\ [I = \ frac {V} {R}. \ label {20.3.3} \]

Это соотношение также называется законом Ома. Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален.Многие вещества, для которых справедлив закон Ома, называются омическими . К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление \ (R \), которое не зависит от напряжения \ (V \) и тока \ (I \). Объект, который имеет простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единица измерения сопротивления — Ом, и обозначается символом \ (\ Omega \) (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка \ (I = V / R \) дает \ (R = V / I \), поэтому единицы сопротивления равны 1 Ом = 1 вольт на ампер:

\ [1 \ Omega = 1 \ frac {V} {A}.\ label {20.3.4} \]

На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно включить в \ (R \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленной красными параллельными линиями.Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Расчет сопротивления: автомобильная фара:

Каково сопротивление автомобильной фары, через которую проходит 2,50 А при подаче на нее 12,0 В?

Стратегия

Мы можем изменить закон Ома, как указано в \ (I = V / R \), и использовать его для определения сопротивления.

Решение:

Преобразование уравнения \ ref {20.3.3} и замена известных значений дает

\ [\ begin {align *} R & = \ frac {V} {I} \\ [5pt] & = \ frac {12,0 V} {2,50 A} \\ [5pt] & = 4,80 \ Omega. \ end {align *} \]

Обсуждение:

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше, чем хладостойкость фары. Как мы увидим, сопротивление металлов обычно увеличивается на , а увеличивает температуру на , поэтому лампа имеет меньшее сопротивление при первом включении и потребляет значительно больший ток во время короткого периода прогрева.{-5} \ Omega \), а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделах «Сопротивление и удельное сопротивление».

Дополнительное понимание достигается путем решения \ (I = V / R \) для \ (V \), что дает

\ [V = ИК. \ label {20.3.5} \]

Выражение для \ (V \) можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное минимумом тока \ (I \). Для этого напряжения часто используется фраза \ (IR \) drop .Например, у фары в примере падение \ (IR \) составляет 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию).В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку \ (PE = q \ Delta V \), и то же самое \ (q \) проходит через каждую . Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразованная резистором, равны (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Падение напряжения на резисторе в простой схеме равно выходному напряжению батареи.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ: СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму.Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним резистором. Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет и другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.

Закон

Ома | Основы резистора

Что такое закон Ома?

Закон

Ома гласит, что электрический ток через проводник пропорционален разности потенциалов на нем. Кроме того, электрическое сопротивление проводника постоянно.Это приводит к математическому уравнению:

$$ R = \ frac {V} {I} $$

, где R — сопротивление в Ом (Ом), В, — напряжение в вольтах (В), а I — ток в амперах (А). Чтобы проиллюстрировать: резистор в один Ом, подвергнутый току 1А, имеет разность напряжений на своих выводах 1В. Уравнение названо в честь Георга Ома. В 1827 году он опубликовал свои выводы, которые легли в основу формулы, которая используется сегодня. Он провел большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током через проводник.Следовательно, закон эмпирический. Хотя закон Ома является одной из основ электротехники, на момент публикации он был встречен с критикой. Ом принят как официальная единица измерения электрического сопротивления в системе СИ. Густав Кирхгоф (известный из законов схем Кирхгофа) сделал обобщение, которое чаще используется в физике:

$$ \ sigma = \ frac {J} {E} $$

, где σ — параметр проводимости (зависит от материала), J — плотность тока, а E — электрическое поле.

Закон Ома и резисторы

Резисторы — это пассивные элементы, которые создают сопротивление прохождению электрического тока в цепи. Резистор, работающий по закону Ома, называется омическим резистором. Когда ток проходит через омический резистор, падение напряжения на выводах пропорционально величине сопротивления. Формула Ома действительна также для цепей с переменным напряжением или током, поэтому ее можно использовать и для цепей переменного тока.Для конденсаторов и катушек индуктивности нельзя использовать закон Ома, поскольку их ВАХ по своей природе нелинейны (не омичны).

Формула

Ома действительна для цепей с несколькими резисторами, которые могут быть подключены последовательно, параллельно или и то, и другое. Группы резисторов, включенных последовательно или параллельно, можно упростить с помощью эквивалентного сопротивления. Статьи «Последовательные резисторы» и «Параллельные резисторы» описывают этот процесс более подробно.

Георг Симон Ом (1789-1854) Георг Симон Ом В 1827 году немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал свою полную теорию электричества под названием Гальваническая цепь, исследованная математически .Он обнаружил, что падение напряжения в части цепи является произведением проходящего через нее тока и сопротивления этой части. Это легло в основу того закона, которым мы пользуемся сегодня. Закон — одно из основополагающих соотношений для резисторов. Его коллеги не оценили его выводы, и закон был нелегко принят. Ом был учителем в гимназии в Кельне в то время, и он решил уйти в отставку. Ом стал профессором экспериментальной физики в Мюнхенском университете. Позже он был наконец признан за свою работу и получил медаль Копли в 1841 году от Королевского общества.

Уравнения закона Ома

Формула

Ома может использоваться, когда известны две из трех переменных. Связь между сопротивлением, током и напряжением можно записать по-разному. Чтобы запомнить это, может оказаться полезным калькулятор треугольника Ом, показанный на рисунке. Два примера ниже покажут использование калькулятора треугольника и закона Ома.

$$ R = \ frac {V} {I} $$

или

$$ V = I · R $$

или

$$ I = \ frac {V} {R} $$

Примеры использования закона Ома
Рассмотрим резистор 1 Ом в цепи с падением напряжения на его выводах от 100 В до 10 В.Какой ток через резистор? Треугольник напоминает нам, что: $$ I = \ frac {V} {R} = \ frac {100 — 10} {1} = 90A $$
Рассмотрим резистор 10 Ом в цепи, подверженной току 2 А и напряжению 120 В. Каково падение напряжения на резисторе? Использование треугольника показывает нам, что: $$ V = I · R = 2 · 10 = 20 В $$ Падение напряжения на резисторах 20В; следовательно, напряжение на оконечном выводе составляет 120-20 = 100 В.2} {R} $$ Идеальные резисторы рассеивают всю энергию и не накапливают электрическую или магнитную энергию. У каждого резистора есть предел мощности, которая может рассеиваться без повреждения. Это называется номинальной мощностью. Окружающие условия могут снизить это значение. Например, корпус вокруг резистора или более высокая температура окружающей среды уменьшат количество энергии, которое резистор может рассеять. Этот эффект называется снижением номинальных характеристик и может быть визуализирован с помощью диаграммы снижения мощности. На практике резисторы редко имеют указанную номинальную мощность.Однако большинство резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт. Круговая диаграмма помогает быстро найти соотношение между электрической мощностью, током, напряжением и сопротивлением. 2 · R = (0.2 · 50 = 0,5 Вт $$ Минимальная номинальная мощность должна быть не менее 0,5 Вт, но рекомендуется выбирать резистор с номиналом значительно выше этого значения для дополнительной надежности и срока службы.
Какой ток в цепи? Это основной пример закона Ома. Напряжение и сопротивление известны, поэтому мы можем рассчитать ток по формуле: $$ I = \ frac {V} {R} = \ frac {6} {1.2} = 5 A $$
Электронагреватель (резистор) с потреблением 1 кВт включен в цепь с током 8 А. Какое падение напряжения на ТЭНе? Напряжение можно рассчитать исходя из мощности и тока по формуле: $$ V = \ frac {P} {I} = \ frac {1000} {8} = 125 В $$

Код цвета резистора

Значение сопротивления в омах часто обозначается цветовым кодом на резисторе.Комбинация цветов указывает значение, а также допуск резистора. Для получения дополнительной информации по этой теме см. Цветовую кодировку резистора.

Закон

Ом — обзор

8.2.2 Паразитная емкость

Закон Ома, как указано в уравнении. (8.1) не выполняется, когда модель устройства включает реактивные (емкостные или индуктивные) компоненты и учитываются изменяющиеся во времени напряжения / токи. В таких случаях обобщенная форма закона Ома, показанная в формуле. (8.4) описывает взаимосвязь между напряжением и током через понятие электрического импеданса Z .

(8.4) V = ZIwithZ = R + jX

Электрический импеданс Z представлен комплексным числом, действительной частью которого является сопротивление R , как определено ранее, а мнимая часть X , называемое реактивным сопротивлением, учитывает реактивные эффекты.

Некоторые датчики несут информацию, относящуюся к измеряемым величинам, как в резистивных, так и в реактивных составляющих импеданса, поэтому интерфейсные схемы должны иметь возможность выполнять одновременную оценку R и X .С другой стороны, если полезная информация содержится только в резистивном компоненте, как это обычно бывает с резистивными датчиками, реактивный компонент считается паразитным элементом, влияние которого следует минимизировать.

При работе с резистивными датчиками обычно основной паразитный вклад имеет емкостный характер. В отличие от неидеальности большинства компонентов схемы, эти емкостные эффекты не могут быть компенсированы правильной калибровкой схемы, поскольку они зависят от конкретного датчика и условий эксплуатации.Если не принять во внимание надлежащим образом, такие эффекты могут вызвать ошибки в оценке сопротивления, как будет разъяснено в следующих разделах.

Одна из наиболее распространенных причин возникновения паразитных емкостных эффектов связана с производством датчиков. Если эффект восприятия достигается за счет определенных явлений, происходящих на поверхности датчика (например, с фотодетекторами и датчиками газа), обычным способом повышения чувствительности датчика является максимальное увеличение поверхностных эффектов путем реализации метода, основанного на встречно-штыревых электродах, как показано Инжир.8.3. К сожалению, эта структура приводит к увеличению паразитной емкости C _ee между электродами, как показано на рис. 8.3, которая становится еще более заметной по мере повторения встречно-штыревой структуры (Polese et al., 2017).

Рисунок 8.3. Паразитно-емкостный эффект в датчиках с встречно-штыревыми электродами.

Другая ситуация, в которой появляются паразитные емкостные эффекты, характерна для газовых датчиков. Некоторым устройствам для обнаружения газа необходимо работать при гораздо более высокой температуре, чем температура окружающей среды, и по этой причине они обычно снабжены встроенной нитью накала R _h , которая действует как нагреватель (Samà et al., 2017). Нить накала нагревателя представляет собой проводник, реализованный на той же подложке чувствительного компонента R _s и разделенный диэлектрическим материалом, который электрически изолирует два компонента датчика. Однако небольшой размер реализованных устройств заставляет эти два компонента взаимодействовать друг с другом из-за емкостных эффектов, как показано на рис. 8.4.

Рисунок 8.4. Паразитно-емкостный эффект в газовых датчиках со встроенной нитью нагревателя.

Помимо этих возможных внутренних источников, емкостные эффекты могут возникать из-за внешних причин, таких как соединение между датчиком и измерительной системой, как показано на рис.8.5. Фактически, разъемы и провода, используемые для соединения датчика с электронной схемой, демонстрируют распределенную емкостную характеристику C _c , которая, с точки зрения приборов, наблюдается параллельно датчику.

Рисунок 8.5. Паразитно-емкостный эффект из-за связи датчика с измерительной системой.

Расчет общего емкостного паразитного эффекта далеко не прост и часто требует полного понимания характеристик датчика, в том числе на микроскопическом уровне.По этой причине, когда необходимо учитывать паразитную емкость, обычно рассматривается упрощенная модель датчика, в которой паразитный конденсатор C _с представлен параллельно с сопротивлением датчика R _с , с учетом всех возможных емкостных паразитных эффектов. Упрощенная модель датчика, используемая в следующих разделах, показана на рис. 8.6.

Рисунок 8.6. Упрощенная модель резистивного датчика с учетом паразитно-емкостных эффектов.

Следует отметить, что, когда R _s очень велико (похоже на поведение, связанное с разомкнутой цепью) C _s может преобладать, что приводит к значительным ошибкам в оценке сопротивления . В этих случаях (например, при работе с датчиками MOX) схемы интерфейса должны быть спроектированы так, чтобы ограничить это явление.

Закон Ома — AP Physics 1

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Закон

Ома — Как соотносятся напряжение, ток и сопротивление | Закон Ома

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда через проводники цепи называется током , и его часто называют «потоком», как поток жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» в цепи, называется напряжением . Напряжение — это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками.

Когда мы говорим об определенном количестве напряжения, присутствующем в цепи, мы имеем в виду измерение того, сколько потенциальной энергии существует для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки в этой цепи в другую конкретную точку. Без ссылки на две конкретные точки термин «напряжение» не имеет значения.

Ток имеет тенденцию проходить через проводники с некоторой степенью трения или сопротивления движению. Это противодействие движению более правильно называть сопротивлением .Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока.

Как и напряжение, сопротивление — это величина, относительная между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» или «поперек» двух точек в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, мы должны уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любой другой вид физической величины.Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм».

Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. Вот стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную буквенную букву, используемую для представления этой величины в алгебраическом уравнении. Подобные стандартизированные буквы распространены в физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире.

«Аббревиатура единицы» для каждой величины представляет собой алфавитный символ, используемый в качестве сокращенного обозначения для конкретной единицы измерения. И да, этот странно выглядящий символ «подкова» — это заглавная греческая буква Ω, просто символ иностранного алфавита (извинения перед читателями-греками).

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: amp в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта и Ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя, тогда как «I» для тока кажется немного странным. Считается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» (потока заряда), а другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу». Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые споры по поводу значения слова «я».

Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах зарезервировано «E» для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор) и «V» для обозначения напряжения на любом другом устройстве.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (называемого «мгновенным» значением). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пик напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда он попадает в линию электропередач, скорее всего, обозначается строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы обозначить это значение как имеющееся в один момент времени.

То же самое соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока, строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений постоянного тока (DC), которые стабильны во времени, будут обозначены заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основополагающих единиц электрического измерения, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, — это единица кулонов , которая представляет собой меру электрического заряда, пропорционального количеству электронов в несбалансированном состоянии.Один кулон заряда равен 6 250 000 000 000 000 000 электронов.

Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается заглавной буквой «C». Бывает так, что единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этих терминах ток — это скорость движения электрического заряда по проводнику.

Как указывалось ранее, напряжение является мерой потенциальной энергии на единицу заряда , доступной для стимулирования прохождения тока из одной точки в другую.Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общая метрическая единица для энергии любого вида — джоуль , равная количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении).

В британских подразделениях это чуть меньше 3/4 фунта силы, приложенной на расстоянии 1 фута. Проще говоря, требуется около 1 джоуля энергии, чтобы поднять гирю весом 3/4 фунта на 1 фут от земли или перетащить что-то на расстояние 1 фут, используя параллельную тяговую силу 3/4 фунта.В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоуля электрической потенциальной энергии на (деленный на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Уравнение закона Ома

Принципиальное открытие

Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему при любой заданной температуре.Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя методы алгебры, мы можем преобразовать это уравнение в два варианта, решая для I и R соответственно:

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти уравнения могут работать, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа).Это позволяет очень легко применять закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы рассчитаем величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Какой ток (I) в этой цепи?

В этом втором примере мы рассчитаем величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Какое сопротивление (R) дает лампа?

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Какое напряжение обеспечивает аккумулятор?

Техника треугольника закона Ома

Закон

Ома — очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей.Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что серьезный студент должен запомнить его. Для тех, кто еще не знаком с алгеброй, есть уловка, позволяющая вспомнить, как решить для любого количества, учитывая два других.

Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

В конце концов, вам придется быть знакомым с алгеброй, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений.Если вам удобна алгебра, все, что вам нужно сделать, это зафиксировать E = IR в памяти и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

ОБЗОР:

• Напряжение измеряется в вольт , обозначается буквами «E» или «V».
• Ток измеряется в амперах , обозначается буквой «I».
• Сопротивление измеряется в Ом , обозначается буквой «R».
• Закон Ома: E = IR; I = E / R; R = E / I

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Попробуйте наш калькулятор закона Ома в разделе «Инструменты».

Калькулятор закона

Ом

Сопротивление

Рассчитать ясно

Закон Ома — важный фундаментальный закон физики и электричества. Его предложил немецкий физик Георг Симон Ом.

Закон

Ома гласит, что:

Ток, протекающий по цепи с определенным сопротивлением, прямо пропорционален разности напряжений в двух точках.

В форме выражения закон Ома гласит:

R = V / I, где V, I и R — напряжение, ток и сопротивление данной цепи соответственно.

Закон Ома популярен во всех его трех формах: V = IR, I = V / R и R = V / I

В этом выражении нам нужно соблюдать три основных понятия электричества: напряжение, ток и сопротивление электрической цепи.

Позвольте нам лучше понять эти термины здесь:

Электрическая схема

Это путь, по которому различные электрические компоненты, такие как источник энергии и электрические приборы, работающие с использованием энергии, соединяются через электрический провод.

Обратите внимание, что ток течет только в замкнутых цепях, а это означает, что для протекания тока должен быть замкнутый путь.

В электрической цепи может быть много типов элементов: потребляющие энергию, генерирующие энергию, сопротивления, индуктивности, емкости и многие другие.

Обратите внимание, что закон Ома действителен только для электрических цепей, в которых есть чистое сопротивление.

Напряжение

Для протекания тока должна быть разница в потенциале или электрическом заряде.Например, возьмите аналогию с потоком воды из одной области в другую. Вода течет только там, где есть разница в высоте или давлении между участками. Иначе вода не потечет.

Точно так же, чтобы между ними протекал ток, между ними должна быть разница в электрическом потенциале или заряде. Эта разница в заряде называется напряжением между этими двумя точками. Чем выше разность потенциалов или напряжение между двумя точками. Так гласит закон Ома.

• Единица измерения напряжения — вольт, обозначается буквой «V».


• Понятие напряжения было впервые изучено и объяснено итальянским физиком Алессандро Вольта, создателем химических батарей.


• Напряжение измеряется вольтметром.

Текущий

Ток — это поток электрического заряда. Все мы знаем, что электроны несут ответственность за протекание тока. При возбуждении из-за любой формы внешней энергии, такой как свет, тепло, магнетизм или электрический заряд, электроны некоторых веществ получают энергию и разрывают свои связи, становятся свободными электронами, и их заряд течет по цепи, к которой они подключены.Этот поток заряда и составляет электрический ток.

• Единицей измерения электрического тока является «ампер» или «ампер (-ы)». Обозначается буквой «Я» или «Я».


• Открытие электричества приписывают многим великим ученым — Бенджамину Франклину, Фалесу, Гилберту, Алессандро Вольта, Томасу Альва Эдисону и Николе Тельсе.


• Ток измеряется амперметром.

Каждый металл обладает определенной силой …. приводить в движение электрическую жидкость.- Алессандро Вольта

Сопротивление

Природа каждого электрического проводника — препятствовать свободному протеканию тока через него. Это называется его сопротивлением. Это различно для каждого проводящего материала или проводника и является свойством его параметра, называемого удельным электрическим сопротивлением, обозначаемого греческой буквой ρ.

Сопротивление проводника, обозначенное R, определяется как R = ρ x l / A, где l — длина проводника, а A — площадь поперечного сечения проводника.

Помимо электропроводности, сопротивление материала зависит от:

• Площадь поперечного сечения — чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление.


• Длина жилы — чем больше длина, тем больше сопротивление.


• Температура проводника — чем выше температура, тем больше свобода движения электронов, следовательно, меньше сопротивление.

Примечание: В зависимости от вышеупомянутых параметров изменяется только сопротивление, но не удельное сопротивление.Удельное сопротивление вещества определяется его внутренней природой.

Ключевые моменты сопротивления

• Элемент сопротивления не может накапливать энергию. Он может только рассеивать энергию и мгновенно выполнять работу.


• Примеры резисторов, которые мы используем в повседневной жизни, включают зарядное устройство для ноутбука, контроллер скорости вентилятора, мобильное зарядное устройство и датчики в электронных схемах.


• Единица сопротивления — Ом, обозначается греческой буквой Ω, произносимой как Омега.


• Сопротивление электрической цепи измеряется омметром.

Закон Ома и расчеты электроэнергии

Закон

Ома не ограничивается вычислением тока, протекающего в электрической цепи. Это также помогает в вычислении мощности, потребляемой резистивным элементом в электрической цепи.

Мощность P, потребляемая резистивным элементом, определяется как произведение падения напряжения на его выводах и тока, протекающего через него.Единица измерения мощности — Вт, обозначаемая символом W.

.

P = V x I, Вт

Из закона Ома:

Мы знаем, что V = I x R,

Электроэнергетика

Мощность, умноженная на время, в течение которого она используется, дает потребляемую электрическую энергию. Таким образом, электрическая энергия, потребляемая электроприбором, определяется произведением киловатт (или тысяч ватт) на время в часах.

При следующей покупке электроприбора:

Обратите внимание, что указано в киловатт-часах (кВтч).Приборы оцениваются в кВтч, потому что с этим устройством легче работать в повседневной жизни, чем работать с тысячами и миллионами джоулей.

Обычная единица электроэнергии — один киловатт-час или 1 кВтч. Мы оплачиваем счет за электроэнергию в зависимости от того, сколько киловатт-часов потребили наши приборы в конкретный месяц. Хотите узнать больше о том, как фиксируются цены на электроэнергию и почему мы иногда платим такие огромные счета за электроэнергию? Узнайте больше в нашем бесплатном онлайн-калькуляторе счетов за электроэнергию.

Некоторые интересные факты о законе Ома

• Закон Ома впервые соблюдал Генри Кавендиш, которого приписали открытию водорода. Однако Кавендиш вообще не публиковал свои исследования закона Ома при жизни. Следовательно, закон приписывают Георгу Симону Ому, от имени которого он получил широкую известность.


Георг Симон Ом, отец закона Ома.
Источник изображения: Википедия

• Закон Ома верен только для элементов сопротивления.Для других типов элементов, имеющих индуктивность и емкость, закон Ома не действует. Такие электрические материалы, для которых закон Ома не применим, называются неомическими материалами.


• Закон Ома применим только к цепям, работающим на постоянном токе (DC), но не к тем, которые работают с переменным током (AC). Это связано с тем, что в цепях переменного тока фигурируют индуктивность и емкость, которые не подчиняются закону Ома.


• То, что называется сопротивлением для цепей постоянного тока, называется импедансом для цепи переменного тока.Наш бесплатный онлайн-калькулятор реактивного сопротивления поможет вам лучше.

• Электрический прибор, который может измерять различные электрические параметры, включая сопротивление, напряжение и ток цепи, называется мультиметром.


• На практике сопротивление — это и полезный ресурс, и потеря — мы используем сопротивление во многих формах для хороших целей, однако большее сопротивление означает большую мощность, необходимую для выполнения работы, и большие потери на нагрев.

Как калькулятор закона Ома от CalculatorHut поможет вам?

CalculatorHut — это идеальное место для всех ваших научных расчетов.Калькулятор закона Ома от CalculatorHut — это бесплатный онлайн-калькулятор, который позволяет мгновенно вычислить напряжение, сопротивление, ток и мощность электрической цепи!

Вы также можете проверить огромную базу данных бесплатных онлайн-калькуляторов физики и бесплатных онлайн-калькуляторов химии у нас. Кроме того, вы также можете найти наши бесплатные онлайн-калькуляторы здоровья, бесплатные онлайн-калькуляторы транспортных средств тоже интересными и полезными!

Если вы влюбились в какой-либо из наших калькуляторов и хотите использовать их в качестве виджетов для своего блога или веб-сайта, напишите нам на Calculatorhut @ gmail.com. Разработаем виджет абсолютно бесплатно для вас!

Кроме того, наши бесплатные научные онлайн-калькуляторы можно носить в кармане! Наше приложение CalculatorHut можно бесплатно загрузить и использовать, и оно станет вашим универсальным решением для всех ваших расчетов.

Мы пропустили какой-нибудь калькулятор, который вы хотели получить бесплатно? Дайте нам знать, и мы будем рады добавить его к нашему огромному ассортименту из 100+ бесплатных научных и прочих онлайн-калькуляторов.