§ 29. Електричний опір. Закон Ома для ділянки кола

Електричний опір.

Закон Ома

для ділянки кола

Пригадайте

Залежність сили струму в провіднику від напруги. Ви вже знаєте, що електричний струм у колі — це впорядкований рух заряджених частинок в електричному полі. Водночас дія електричного поля характеризується напругою: що більшою є напруга, то сильніша дія електричного поля на заряджені частинки, які в ньому рухаються. Отже, постає питання: як залежить сила струму в провіднику від напруги на його кінцях?

Проведемо дослід. Складемо електричне коло (мал. 129, а), споживачем у якому буде металевий дріт (провідник-спіраль), а джерелом струму — пристрій, на виході якого можна змінювати напругу. Коло постійного струму можна розбити на окремі ділянки. Ті ділянки, що не містять джерел струму, називаються однорідними. Ділянки, що включають джерела струму, називаються відповідно неоднорідними.

Для вимірювання сили струму та напруги на ділянці кола, що містить провідник-спіраль, приєднаємо амперметр і вольтметр.

Замкнемо ключем електричне коло.

Прилади фіксують деякі значення напруги U₁ = 2 В й сили струму I₁ = 0,4 А.

Збільшимо напругу, що подається на провідник-спіраль, у 2 рази. Амперметр зафіксує відповідне збільшення сили струму в колі вдвічі. Збільшення напруги у 3 рази приведе до збільшення сили струму втричі.

Який висновок можна зробити?

У скільки разів збільшується (зменшується) напруга на споживачі, у стільки ж разів збільшується (зменшується) в ньому сила струму.

Графічно це можна зобразити так: на горизонтальній осі у вибраному масштабі відкладемо значення напруги, а на вертикальній — відповідні їм значення сили струму. Нанесемо точки на площину й отримаємо графік лінійної залежності: що більша напруга прикладена до ділянки кола, то більший струм у колі (мал. 129, б).

Сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника.

Електричний опір. Змінимо умови досліду — замінимо провідник-спіраль на спіраль лампи розжарювання. За тієї самої напруги б В струм буде такий малий, що для його вимірювання доведеться замість амперметра ввімкнути міліамперметр, який покаже струм 12 мА (мал. 130).

Таким чином, електричний струм у спіралі лампи буде в 100 разів менший, ніж у провіднику-спіралі.

Чому в другому випадку струм значно менший, ніж у першому? Можна припустити, що струм у колі залежить від властивостей провідника, увімкненого в коло. Спіраль електричної лампи чинить більший спротив напрямленому руху заряджених частинок, ніж провідник-спіраль. Кажуть, що вона має більший електричний опір.

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

Електричний опір позначають літерою R. Одиницею електричного опору є ом (Ом).

Увівши таку величину, можна стверджувати, що залежність сили струму від властивостей провідника пояснюється тим, що різні провідники мають різний електричний опір. Вмикатимемо в електричне коло по черзі провідники, що мають опори 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом. Зафіксувавши напругу, наприклад 2 В, вимірюватимемо щоразу силу струму в колі. Амперметр, відповідно, буде показувати 2 А, 1 А, 0,7 А. Побудуємо графік залежності сили струму в провіднику від опору провідника за сталої напруги на його кінцях (мал. 131).

Отримали графік оберненої залежності: що більшим є опір провідника, то менша сила струму в ньому.

F    .і

Сила струму в провіднику обернено пропорційна опору провідника.

Закон Ома. З дослідів встановлено, що сила струму в однорідній ділянці електричного кола прямо пропорційна напрузі на цій ділянці й обернено пропорційна опору цієї ділянки. Цю залежність уперше встановив експериментально в 1826 р. німецький учений Георг Ом, і вона отримала назву «закон Ома».

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:

Зверніть увагу! Електричний опір характеризує протидію електричному струму в певному середовищі. У з’єднувальних проводах така протидія незначна, тому під час розв’язування задач опором з’єднувальних проводів ми будемо нехтувати. Електричним опором характеризуються й вимірювальні прилади. Будь-який вимірювальний прилад під час вмикання в коло не повинен впливати на значення вимірюваної величини. Тому амперметр конструюють так, щоб його електричний опір був якомога меншим, натомість опір вольтметра — якомога більшим.

І найголовніше. Якщо замкнута електричне коло, що не міститиме споживача, може настати коротке замикання. Це випадок, за якого електричний опір у колі дуже малий, і сила струму в такому разі набуває великих значень. Як наслідок, вийдуть із ладу амперметр і джерело струму, а з’єднувальні проводи сильно нагріються й можуть спалахнути та стати причиною пожежі.

Підбиваємо підсумки

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

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 ділянки та

обернено пропорційна її опору:

А знаю, вмію та можу пояснити

1.    Як залежить сила струму в провіднику від напруги на кінцях провідника?

2.    Опишіть досліди, які показують, що сила струму в електричному колі залежить від властивостей провідника.

3.    Що називають електричним опором?

4.    Що є причиною електричного опору провідника? Яку властивість провідника характеризує його електричний опір?

5.    Сформулюйте закон Ома для ділянки кола.

ПОЯСНІТЬ

1.    Проаналізуйте формулу і? = у. ^Чи можна вважати, що

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

2.    Чи можна від батареї акумуляторів напругою 12 В отримати у провіднику силу струму 140 мА, якщо опір провідника дорівнює 100 Ом?

1.    Електрична плитка розрахована на напругу 220 В. Опір її спіралі дорівнює 73,3 Ом. Визначте силу струму в ній.

2.    Визначте силу струму в електричній лампі, якщо опір нитки розжарювання дорівнює 15 Ом і приєднана вона до батареї гальванічних елементів напругою 4,5 В.

3.    На малюнку зображено графіки залежності сили струму в провіднику від напруги (мал. 132). Поясніть причину розбіжностей значень сили струму на графіках I₁ II, III за напруги 2 В. Визначте електричний опір кожного з провідників.

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

5.    В електричній лампі, розрахованій на напругу 220 B₁ сила струму дорівнює 0,5 А. Визначте опір нитки лампи в робочому стані.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА N_s З

Вимірювання опору провідника за допомогою амперметра й вольтметра

Мета роботи: навчитися вимірювати опір провід-ника за допомогою амперметра й вольтметра. Переконатися на дослідах, що опір провідника не залежить від сили струму в ньому і напруги на його кінцях.

Прилади і матеріали: джерело струму, дослід- \ жуваний провідник (ніхромова спіраль), амперметр,

% вольтметр, реостат, ключ, з’єднувальні проводи.

У цій роботі для регулювання сили струму в колі використовують спеціальний прилад — реостат.

На малюнку 133, а зображено зовнішній вигляд повзункового реостата. Для виготовлення такого приладу на керамічний каркас щільно намотують металевий дріт, наприклад константан. Для ізолювання витків дроту між собою їх покривають тонким шаром окалини. Над обмоткою кріпиться металевий стержень, по якому вільно може рухатися повзунок із контактами, які щільно прилягають до обмотки, та ізольованою ручкою. Під час переміщення повзунка його контакти стирають шар окалини в місцях дотику, й електричний струм проходить від дроту до повзунка та металевого стержня. На верхній частині ручки вказані максимальні значення опору й сили струму, за яких можна використовувати реостат.

Реостат вмикається в електричне коло за допомогою двох затискачів, один з яких розташований на корпусі й з’єднаний із дротиною (А), а другий — на протилежному кінці металевого стержня, по якому рухається повзунок (Б).

На малюнку 133, б зображено умовне позначення реостата на електричних схемах.

На малюнку 142, в зображено принцип роботи реостата. За такого вмикання задіяна половина дроту реостата (незаштрихована частина дроту в коло не ввімкнена). Змінюючи положення повзунка, змінюють довжину дротини, по якій проходить струм до повзунка, і, відповідно, опір активної частини реостата. Так, якщо пересунути повзунок у крайнє ліве положення (т. А) то опір у колі зменшиться. Якщо окрім реостата в колі немає споживачів, то сила струму в такому разі згідно із законом Ома стрімко зросте (коротке замикання!). Тому, включаючи реостат в електричне коло, його повзунок встановлюють у середнє положення, щоб не вийшли з ладу інші елементи кола.

Вказівки щодо виконання роботи

1.    Складіть електричне коло, з’єднавши послідовно джерело струму, амперметр, досліджуваний провідник (спіраль), реостат, ключ. До кінців спіралі приєднайте вольтметр (враховуйте знаки «+» і «-»).

2.    Накресліть схему складеного електричного кола.

3.    Виміряйте силу струму в колі й напругу на провіднику.

4.    За допомогою реостата змініть опір кола й знову виміряйте силу струму в колі та напругу на провіднику.

5.    Результати вимірювань запишіть у таблицю.

6.    Користуючись законом Ома, обчисліть опір провідника за даними кожного окремого вимірювання.

7.    Результати обчислень запишіть у таблицю. Порівняйте одержані результати.

8^ж.3а отриманими в роботі значеннями фізичних величин накресліть графік залежності сили струму в провіднику від напруги на її кінцях. Проаналізуйте графік. За графіком визначте опір провідника за будь-якого проміжного значення сили струму.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Засєкіна