2.4. Закон Ома. Электрическое сопротивление. Закон Джоуля – Ленца — ЗФТШ, МФТИ
Как отмечалось выше, для поддержания постоянного тока в проводнике, т. е. движения электронов с постоянной скоростью, необходимо непрерывное действие сил электрического поля на носители заряда. Это означает, что электроны в проводниках движутся «с трением», иначе говоря, проводники обладают электрическим сопротивлением.
Если состояние проводника остаётся неизменным (не изменяется его температура и т. д.), то для каждого проводника существует однозначная зависимость между напряжением `U` на концах проводника и силой `I` тока в нём `I=f(U)`. Она называется вольтамперной характеристикой данного проводника.
Для многих проводников эта зависимость особенно проста – линейная: сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению, т. е.
где `R` – электрическое сопротивление проводника (постоянная при неизменных условиях величина).
Этот закон носит название закона Ома. Немецкий физик Г.
Ом в 1827 г. в результате серии экспериментов установил, что для широкого класса проводников сила `I` электрического тока в проводнике пропорциональна напряжению `U` на концах проводника.
Сопротивление `R` проводника зависит от рода вещества проводника, от его размеров и формы, а также от состояния проводника.
Единицей сопротивления в СИ является один Ом (Ом). За один Ом принимается сопротивление такого проводника, в котором при напряжении между его концами один вольт течёт постоянный ток силой один ампер: `1`Ом`=1`В`//1`A.
Вытекающее из закона Ома (8) соотношение
можно рассматривать и как определение сопротивления по приведённой формуле.
Г. Ом установил, что для проводников $$ R$$ не зависит от $$ U.$$
В технических приложениях для описания процессов в электрических цепях часто используется понятие вольтамперной характеристики. Для проводников, подчиняющихся закону Ома (8), графиком зависимости силы `I` тока в проводнике от напряжения `U` на нём будет прямая линия, проходящая через начало координат (см.
рис. 1). При этом говорят, что проводник имеет линейную вольтамперную характеристику.
В то же время для полупроводников, электронных ламп, диодов, транзисторов зависимость `I=f(U)` носит сложный характер, и такие элементы называют нелинейными (или неомическими). Для таких элементов величина `R`, вычисленная по формуле `R=U/I`, зависит от `U`. В частности, при измерении вольтамперной характеристики лампочки накаливания с вольфрамовой нитью мы обнаружим, что она имеет вид, схематически показанный на рис. 2. Искривление вольтамперной характеристики связано с нагревом нити и увеличением сопротивления нити накала с ростом температуры. В некоторых устройствах, таких как диод, сопротивление зависит от направления тока.
Обсудим вопрос о тепловыделении в проводнике. С учётом закона Ома (8) формула (7) для мощности тепловыделения принимает вид:
Другими словами, если через резистор `R` протекает постоянный ток силой `I`, то за `t` секунд в резисторе выделяется количество теплоты, равное
Соотношения (10), (11) являются математическим выражением закона, открытого в XIX веке практически одновременно и независимо английским физиком Д.
Джоулем и русским физиком Э.Х. Ленцем.
Обратим внимание, что полученный закон является прямым следствием закона сохранения энергии в применении к движению электрических зарядов под действием сил электрического поля.
Закон Ома для участка цепи. Расчет электрического сопротивления проводника
Разработки уроков (конспекты уроков)
Линия УМК А.В. Перышкина. Физика (7-9)
Физика
Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.
|
Цель |
Обобщить знания учащихся об электрическом токе и напряжении и установить на опыте зависимость силы тока от напряжения на однородном участке электрической цепи и от сопротивления этого участка, вывести закон Ома для участка цепи. Установить, что электрическое сопротивление зависит от длины проводника, удельного сопротивления и площади поперечного сечения. |
|
Задачи урока |
|
|
Тип урока |
Урок формирования новых знаний с использованием электронных образовательных ресурсов. |
|
Формы работы учащихся |
Фронтальная, групповая, индивидуальная. |
|
Используемые приемы обучения |
проблемный; исследовательский. |
|
Методы |
Словесный, частично-поисковый, Практический, методы контроля и самоконтроля. |
|
Средства обучения |
Мел, доска, компьютер, мультимедийный проектор, наличие доступа в Интернет. |
|
Демонстрации |
1. |
|
Формируемые УУД |
|
|
Ожидаемые результаты |
|
Зависимость силы тока от сопротивления проводника при постоянном напряжении;
1. Организационный момент (приветствие, присутствие).
2. Этап актуализации знаний
Учитель: Ребята, обратите внимание на слайд. Как Вы видите тема нашего сегодняшнего урока звучит как «Закон Ома для участка цепи. Расчет электрического сопротивления».
Но прежде, чем начать изучать новый материал, следует выяснить, к каким из физических явлений относится данная тема? (выслушиваются варианты ответа, возможно, понадобится вспомнить все остальные пять физических явлений). Итак, подведем итог, явления, к которым имеет отношение тема сегодняшнего урока называются электрические . Давайте вспомним, что же такое электрические явления? (выслушиваются предположения детей, далее работа по слайду).
Учитель: замечательно, ребята! Теперь когда мы знаем что такое электрические явления, необходимо поставить цель нашего урока, к которой мы будем стараться прийти в конце.
3. Мотивационный этап
Ребята, прежде чем устанавливать зависимости между физическими величинами, нам необходимо четко усвоить каждую из этих величин. Для этого давайте повторим по слайдам все физические величины, ос которыми нам сегодня придется работать при решении задач, а также повторим составные части электрической цепи, какие приборы помогают нам снимать показания.
Чтобы было легче понять, что такое сила тока, представьте, что перед Вами вместо провода труба, в которой находится вода, а воде плавают маленькие рыбки. Так вот рыбки, благодаря действию течения потока воды, начинают одновременно плыть в одном направлении. Если мы представим, что вместо рыбок у нас электроны, а вместо течения воды — электрическое поле, то в таком случае в проводнике возникает электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. За направление тока мы принимаем направление движения положительно заряженных частиц, то есть от + к -.
А теперь вспомним, что такое напряжение.
Если мы представим, что под действием течения воды в трубе одна из рыбок переместилась влево на расстояние 1 м, то мы можем сказать, что течение совершило работу по перемещению рыбки. Так и в случае электричества. Электрическое поле, перемещая заряженную частицу совершает работу, и если мы разделим значение этой работы на величину заряда частицы, то получим величину, которая называется электрическое напряжение.
Обратимся к еще одной физической величине
Электроны, передвигаясь вдоль проводника испытывают различные препятствия. Так, например, хорошими проводниками электрического тока являются металлы, а у них имеется кристаллическая решетка, чем более плотно устроена эта решетка, тем и электронам сложнее перемещаться из одного места проводника в другое, а следовательно электроны встречают некоторое сопротивление. Я неспроста сказала сопротивление, именно из этого физического смысла и вытекает понятие электрического сопротивления.
Давайте выясним, от каких параметров зависит электрическое сопротивление
И последнее, что мы сделаем перед изучением нового материала, это повторим, как правильно собираться электрические цепи по схемам, основные составные части электрической цепи.
4. Этап изучения нового материала
Ребята, зависимость этих трех физических величин друг от друга в 1827 году впервые вывел немецкий ученый Георг Ом. Поэтому и формула носит название его фамилии. Закон Ома.
Рассматривая зависимость друг от друга двух величин, третья должна оставаться постоянной. Мы с Вами сейчас опытным путем подтвердим что сила тока на участке цепи действительно будет увеличиваться при увеличении напряжения, но с учетом того, что сопротивление у нас будет величиной постоянной.
(обращаемся к ЦОР).
По графику мы видим, что сила тока увеличивалась ровно настолько же, насколько мы увеличивали напряжение, а значит первое утверждение из закона Ома о том, «что сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка,» ВЕРНО!
Теперь выясним, как же сила тока зависит от сопротивления при постоянном напряжении и прав ли бы Георг Ом в своих суждениях.
По графику мы убедились с Вами «Что сила тока обратно пропорциональна сопротивлению».
А теперь предлагаю Вам правило треугольника, для более удобного запоминая данной формулы
5. Этап применения нового знания
Приступим к решению задач. От простого к сложному.
Задача №1
Напряжение на зажимах электрического утюга 220(В), сопротивление нагревательного элемента утюга 50 (Ом). Чему равна сила тока в нагревательном элементе? Рассчитайте величину электрического заряда, проходящего через проводник за время 0,5 сек?
Задача №2
Используя данные предыдущей задачи, рассчитайте длину проводника (спирали в нагревательном элементе утюга), если известно, что площадь поперечного сечения проводника S равна 0,8 кв.
Задача №3
Сборник ОГЭ физика 2017. автор ЗОРИН Н. И.
Вариант 6 № 16
Через поперечное сечение проводника прошел заряд, равный 6 Кл, за время, равное 5 минутам. Сопротивление проводника 5 (Ом). Рассчитайте напряжение проводника.
Задача №4
Вариант 8 № 18
Задача №5
Вариант 9 № 16
Как изменится сила тока в электрической цепи, если площадь поперечного сечения проводника уменьшить вдвое?
Задача №6
Вариант 9 №15
6. Рефлексивный этап
Учитель: А сейчас подведем итог нашего урока. Вспомним цели, которые мы ставили перед собой! Как Вы считаете, удалось ли нам их добиться? Тогда давайте ответим на следующие вопросы: Какую взаимозависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи мы раскрыли?
Ученики: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
(слайд)
Учитель: В какой формуле выражена эта взаимозависимость?
Ученики: Взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления выражена законом Ома для участка цепи.
| I = | U |
| R |
Учитель: Кто впервые установил эту зависимость?
Ученики: Георг Ом (немецкий физик) в 1927 году.
Учитель: А как зависит электрическое сопротивление от длины проводника и площади поперечного сечения?
Ученики:Чем больше длина, тем больше сопротивление, чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление.
Учитель: Замечательно, надеюсь, данное занятие было полезным для Вас и теперь Вы сможете применять полученные знания на практике при решении задач.
Законы сопротивления
Поиск
Сопротивление материала зависит от следующих четырех факторов, которые называются законами сопротивления.
1
ст закон сопротивленияСопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника. Чем больше длина проводника, тем больше сопротивление, тем меньше длина и меньше сопротивление проводника.
2
й закон сопротивленияСопротивление проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника. Чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше будет сопротивление, а чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше будет сопротивление
3
rd закон сопротивленияСопротивление проводника зависит от природы проводника. Два провода одинакового сечения, но из разного материала, будут иметь разное сопротивление.
4
-й закон сопротивления Сопротивление проводника зависит от его температуры.
Сопротивление металлического проводника увеличивается с увеличением температуры проводника.
Принимая во внимание 1 st три закона и пренебрегая 4 th законом движения, имеем
R ∝ L ………..(ур. 1)
R ∝ l / A ………..(уравнение 2)
Из уравнения 1 и 2 получаем
Где ρ называется rho. Это константа, известная как удельное сопротивление или удельное сопротивление материала.
Единица измерения: Ом·м .
УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Сопротивление противоположных граней единичного куба материала.
УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Удельное сопротивление материала основано на сопротивлении определенного объема этого материала буквенным обозначением удельного сопротивления является ϱ (греческая буква Rho) .
Удельное сопротивление также может называться удельным сопротивлением. В таблице указано удельное сопротивление в ом-сантиметрах (Ом·см).
В нем также перечислены значения в круговых милах ом на фут (сммил-Ом/фут) для группы проводников.
| Resistivity of Selected Electrical Materials | ||
|---|---|---|
| Material | ϱ (resistivity) at 20 o C | |
| Ω.cm | cmil Ω/ft | |
| Conductors | ||
| Silver | 1.65 X 10 -6 | 9.9 |
| Copper | 1.72 X 10 -6 | 10.37 |
| Gold | 2.44 X 10 -6 | 14.7 |
| Aluminum | 2.83 X 10 -6 | 17 |
| Tungsten | 5. 49 X 10 -6 | 33 |
| Nickel | 7.81 X 10 -6 | 47 |
| Iron | 1.23 X 10 -5 | 74 |
| Constantan | 4.90 X 10 -5 | 295 |
| Nichrome | 9.97 X 10 -5 | 600 |
| Semiconductors | ||
| Carbon | 3.49 X 10 -3 | |
| Germanium | 4.70 X 10 1 | |
| Silicon | 6.40 X 10 4 | |
| Insulators | ||
| Polyvinylchloride | > 10 10 | |
| MICA | > 10 12 | |
| Teflon | > 10 0007 15 | |
| Кварц | > 10 17 | |
Из зависимости коэффициентов удельного сопротивления можно вывести следующие соотношения.
1. ДЛИНА
Сопротивление прямо пропорционально длине проводника.
R ∝ L ———1
2. ПЛОЩАДЬ
Сопротивление обратно пропорционально площади проводника.
Ч ∝ 1/А ———-2
путем объединения 1 и 2
R ∝ L/A
R = ϱ L/A
Где ϱ (Rho) является константой для материала, называемого его удельным сопротивлением или удельным сопротивлением.
«Удельное сопротивление материала — это сопротивление куска единицы длины и единицы площади поперечного сечения.»
ИЛИ
«Это сопротивление между противоположными гранями единичного куба материала».
Удельное сопротивление измеряется в Ом-дюйм или Ом-см или микроом-дюйм или микроом-см.
Категория
Базовая электроника
Духовные законы — Закон сопротивления — Сущность души
On By RosemaryIn Healing, Holistic Therapy, Natural Healing, Spiritual Laws
Существует тридцать шесть или более духовных законов, которые предлагают нам отличные способы понять жизнь на земле. Часть следующего текста взята из фантастической книги Дайаны Купер «Немного света о духовных законах». В ближайшие недели я кратко объясню каждый закон, и если вам это покажется интересным, я рекомендую вам прочитать книгу Дианы.
Закон сопротивления
Мы бессознательно призываем закон сопротивления, наше бессознательное и универсальный разум работают как компьютеры. Мы не можем попросить компьютер не открывать файл, он не может принимать отрицательные команды. Предполагается, что вам нужен файл, и он отобразит его на экране.
Наше сознание может различать негативные и позитивные инструкции, но наше бессознательное не может отличить их. Если наш сознательный разум полностью концентрируется на такой задаче, как вождение автомобиля, просмотр телевизора и т.
д., бессознательный разум может получить негативное сообщение, т. е. «ты не ошибаешься» для подсознания будет «неправильно пойми». Гораздо лучше всегда давать позитивные утверждения, например, «вы можете сделать это правильно».
Слова «не», «не могу», «не буду» или «не» вызывают действие закона сопротивления. Когда вы говорите: «Я не хочу болеть», бессознательный разум слышит «больной», и ваш компьютер (мозг) находит программу, которая сделает вас больным. Гораздо лучше утверждать «я здоров», что притягивает здоровье.
Когда мы злимся или чувствуем вину, мы сопротивляемся радости жизни и великолепию себя.
Мы все сопротивлялись выполнению работы, такой как глажение до тех пор, пока стопка не станет смехотворно высокой и т. д. Любая задача кажется трудной прямо пропорционально нашему уровню сопротивления.
Цитаты Дайаны Купер Немного света о духовных законах
«Никогда не сопротивляйтесь неудачам или бедности. Вместо этого привлеките успех и богатство. Всегда принимайте позитивное, а не сопротивляйтесь негативному».