§ 27. Електричний опір.

Закон Ома для ділянки електричного кола

Електричний опір

Зв'язок сили струму та напруги

Закон Ома для ділянки електричного кола

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ОПІР. Розглянемо електричне коло, яке складається з джерела електричного струму, металевого провідника (спіралі) та амперметра. Паралельно до провідника підключимо вольтметр. При замиканні ключа амперметр буде показувати силу струму в колі, а вольтметр — напругу на кінцях провідника. При напрузі 6 В на кінцях провідника сила струму в колі дорівнює 1,2 А (рис. 27.1, а). Під’єднаємо замість спіралі електричну лампу. При тій самій напрузі 6 В струм у лампі буде настільки малий, що для його вимірювання доведеться замість амперметра увімкнути міліамперметр, який покаже 12 мА (рис. 27.1, б).

Таким чином, за однакових умов електричний струм у нитці розжарювання лампи буде в 100 разів менший, ніж у провідни-ку-спіралі.

Чому ж у другому випадку сила струму значно менша, ніж у першому, адже джерело живлення й електричне поле на кінцях провідника в обох випадках однакові? Аналізуючи результати експерименту⁷, можна зробити висновок про те, що струм у колі залежить від властивостей провідника, увімкненого в коло. Нитка розжарювання електричної лампи чинить більшу протидію напрямленому руху заряджених частинок, ніж провідник. Говорять, що вона має більший електричний опір.

Таким чином, сила струму залежить від властивостей провідника, оскільки різні провідники мають не однаковий електричний опір.

Електричний опір — фізична величина, яка характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму._

Електричний опір провідника позначають літерою R. Спробуємо розібратися, у чому полягає причина електричного опору. Якби електрони у провіднику не зазнавали жодних перешкод під час руху, вони, приведені в упорядкований рух електричним полем, рухалися б за інерцією необмежено довго. Насправді електрони взаємодіють з іонами кристалічних ґраток і між собою. Це сповільнює упорядкований рух електронів і через поперечний переріз провідника за 1 с проходитиме менша їх

Одним із найпоширеніших методів визначення опору провідника є використання залежності між напругою на ньому та силою струму в провіднику. На практиці для вимірювання опору провідників використовують спеціальні прилади — омметри (рис. 27.3).

ЗВ’ЯЗОК СИЛИ СТРУМУ ТА НАПРУГИ. Сила струму, напруга і електричний опір — це три найважливіші фізичні величини, які характеризують будь-яке електричне коло. Як ці величини пов’язані між собою?

На досліді визначимо, як залежить сила струму в провіднику від напруги на ньому. Розглянемо електричне коло, яке складається з послідовно з’єднаних джерела струму, металевого провідника у вигляді спіралі та амперметра. Паралельно спіралі під’єднано вольтметр (рис. 27.4, а). Встановимо напругу U₁ =2 В на металевій спіралі. Замкнемо ключ і виміряємо силу струму в провіднику амперметром. Вона становить: I₁ = 0,4 А.

Збільшимо напругу на провіднику у 2 рази: U₂ = 4 В, сила струму збільшиться — амперметр показує I₂ = 0,8 А. Якщо на-ⁿPY^rY збільшити: U₃ = 6 В, збільшиться й сила струму: /, = 1,2 А (рис.27.4, б).

Побудуємо графік залежності сили струму в провіднику від напруги на ньому (рис. 27.5).

Таким чином, сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника.

Отже, ми на досліді переконалися, що сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на його кінцях провідника. З’ясуємо, як залежить сила струму в провіднику від його опору. Матимемо на увазі, що під час проведення фізичних дослідів, у яких визначають залежність однієї величини від другої, всі інші величини мають бути сталими. У попередньому досліді використовувався один і той самий провідник, тобто його опір був сталим. Змінювалася напруга на кінцях провідника, що, у свою чергу, зумовлювало зміну струму в провіднику.

У наступному досліді одну й ту саму напругу прикладатимемо до провідників із різним опором. Розглянемо електричне коло з послідовно з’єднаних джерела струму, магазину⁷ опорів (набір металевих провідників із різним опором) та амперметра. Паралельно до магазину опорів увімкнено вольтметр, який забезпечує контроль сталої напруги 2 В (рис. 27.6).

Вмикатимемо в електричне коло по черзі опори 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом при сталій напрузі на кінцях провідника 2 В. Амперметр, відповідно, буде показувати 2 А, 1 А, 0,5 А. Побудуємо графік залежності сили струму в провіднику від опору провідника при сталій напрузі на його кінцях (рис. 27.7).

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ДІЛЯНКИ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА. Проаналізувавши результати розглянутого досліду, побачимо, що сила струму в провіднику залежить від напруги на кінцях ділянки кола та її опору.

Залежність сили струму від напруги на кінцях ділянки кола та опору цієї ділянки називається законом Ома для ділянки кола, за ім’ям німецького вченого Георга Ома, який експериментально відкрив цей закон і в 1826 р. отримав математичний вираз цієї залежності.

Закон Ома для ділянки кола формулюється таким чином:

сила струму в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки та обернено пропорційна її електричному опору:

провідника залежить від напруги на його кінцях або сили струму в ньому. Ми бачили, що опір залежить від речовини, з якої він виготовлений, його довжини та поперечного перерізу.

Для зручності розрахунків формули, наведені вище, зводять у так званий трикутник для визначення сили струму, напруги та опору в електричному колі (рис. 27.8).

Електричний опір — це фізична величина, яка характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму.

За одиницю опору приймають 1 Ом — опір такого провідника, в якому при напрузі на його кінцях 1 вольт сила струму дорівнює 1 ампер:

На практиці для вимірювання опору провідників використовують спеціальні прилади — омметри.

Залежність сили струму від напруги на кінцях ділянки кола та опору цієї ділянки називається законом Ома для ділянки кола: сила струму в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділян

Формули, що випливають із закону Ома, використовуються для розв’язування фізичних задач.

Задача. Яку напругу потрібно прикласти до кінців ділянки кола опором 10 Ом, щоб у ділянці проходив струм 2 А ?

Головне в цьому параграфі_

ки та обернено пропорційна її опору,

Omp провідника залежить від речовини, з якої він виготовлений, його довжини та поперечного перерізу й не залежить від напруги на його кінцях або сили струму в ньому.

Запитання для самоперевірки_

1.    Що називають електричним опором?

2.    В яких одиницях вимірюють електричний опір?

3.    Який метод найчастіше застосовують для визначення електричного опору провідника?

4.    Які прилади використовують для вимірювання електричного опору? На чому ґрунтується принцип їх дії?

5.    Сформулюйте закон Ома для ділянки кола.

Вправа до § 27

1п. Укажіть, як зміниться сила струму в провіднику, якщо напругу на його кінцях збільшити у 2 рази.

2п. Укажіть як зміниться сила струму на ділянці кола, якщо електричний опір ділянки кола зменшити у 3 рази.

Зс. Визначте силу струму в провіднику опором 4 Ом, якщо електрична напруга на його кінцях становить 10 В.

ділянки електричного кола залежить від сили струму в ній та напруги на її кінцях? Поясніть.

4д. Визначте напругу на затискувачах електричної лампи під час проходження по ній струму 0,05 А, якщо при напрузі 220 В сила струму в ній дорівнює 0,1 А.

5д. На рисунку подано графіки залежності сили струму в провіднику від напруги.

Поясніть причину розбіжностей значень силу струму на графіках I, II, III при напрузі 2, 4, 6 В. Визначте електричний опір кожного провідника.

6д. При напрузі на затискувачах резистора 220 В сила струму в ньому становить 5 А. Чому дорівнюватиме сила струму в резисторі, якщо напругу зменшити в чотири рази?

7в. У провіднику за ЗО хв проходить електричний заряд 1800 Кл. Визначте опір провідника, якщо напруга на ньому 12 В.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Головко