§ 32. Електричний опір. Закон Ома для ділянки кола

Яку фізичну величину називають силою струму?

Що називають напругою?

Нагадаємо, що фізичні величини сила струму І і напруга U характеризують електричний струм і його дію. Встановимо залежність між цими величинами. Для цього скористаємося установкою, зображеною на рисунку 111.

Як споживач струму в колі використовується резистор — металевий провідник у вигляді спіралі. Паралельно до резистора підключений вольтметр, що вимірює напругу на цій ділянці кола. Інша частина кола складається з джерела струму, Kjnona і амперметра. Як джерело струму будемо використовувати пристрій, який дозволяє регулювати напругу на кінцях провідника.

Спочатку приєднаємо вольтметр до провідника 1. Будемо змінювати напругу на цій ділянці кола і стежити за відповідними змінами сили струму. Результати вимірювань наведені в таблиці 14.

Як видно з таблиці 14, між силою струму і напругою на кінцях провідника існує пряма пропорційна залежність: I ~U (рис. 112).

Таблицу 14

Приєднаємо вольтметр до провідника 2 і повторимо дослід. При тих самих значеннях напруги, що і в першому випадку, отримаємо інші значення сили струму. Проте і в цьому провіднику сила струму буде прямо пропорційна напрузі.

За результатами проведених дослідів обчислимо відношення напруги до сили струму. Воно буде однаковим для кожного з провідників, але буде мати різне значення для провідників 1 і 2. Отже, існує фізична величина, що характеризує властивості провідника, через який протікає електричний струм. Цю величину називають електричним опором провідника або просто опором. Позначають опір літерою R.

За одиницю опору приймають ом (1 Ом). 1 Ом — це опір такого провідника, в якому при напрузі на його кінцях I В сила струму дорівнює 1 А.

Одиниця опору отримала свою назву на честь німецького вченого Георга Ома (1787-1854), який відкрив основний закон електричного кола.

У практиці використовують похідні одиниці: кілоом (1 кОм), мегаом (1 МОм).

1 кОм = 1000 Ом,

1 МОм = 1 000 000 Ом.

Що ж таке опір 1 Ом? Щоб уявити, наскільки великий цей опір, наведемо такі приклади: опір нитки лампочки кишенькового ліхтаря

близько 12 Om₅ а нитки електричної лампи розжарювання у включеному стані — 200 - 400 Ом. З іншого боку, 1 Ом — це опір приблизно 5 км проводів трамвайної лінії, тобто опір маленької тоненької нитки лампочки може виявитися у багато десятків і сотень разів більшим за опір товстого довгого дроту. Справа в тому, що електричний опір провідника залежить від речовини, з якої він виготовлений.

Спробуємо тепер пояснити, чому провідник має електричний опір. Згадайте, що електричний струм у металах — це напрямлений рух вільних електронів. Електрони, які рухаються під дією електричного поля, взаємодіють з атомами і іонами кристалічної решітки металу. Іони, як наслідок, чинять опір рухові електронів. Це веде до зменшення швидкості напрямленого руху електронів, а отже, і сили струму в провіднику. Отже електричний опір характеризує властивість провідника протидіяти напрямленому руху вільних зарядів у ньому.

Опір мають і розчини солей, кислот та лугів, унаслідок того, що відбувається взаємодія іонів, які рухаються в електричному полі, з молекулами і атомами розчинів.

З’ясуємо за допомогою зображеної на рисунку 113 установки, як залежить сила струму від опору ділянки кола за умови постійної напруга на цій ділянці.

Для цього будемо використовувати магазин опорів, що являє собою чотири послідовно з’єднаних провідники, які можуть у різних поєднаннях включатися в коло. При цьому загальний опір провідників буде різним. Включимо в коло провідник із опором 1 Ом, потім 2 Ом і 4 Ом. За допомогою джерела струму будемо підтримувати в кожному випадку постійну напругу, наприклад, 2 В. Результати досліду представлені в таблиці 15.

Таблиця 15

З досліду випливає, що сила струму при постійній напрузі провідника обернено пропорційна його опору (рис. 114):

Ця залежність була встановлена експериментально в 1826 р. Г. Омом. Тому цей закон називають законом Ома для ділянки кола.

Приклад розв’язування задачі.

Через провідник, оиір якого дорівнює 6 Ом, за 2 хв проходить заряд 60 Кл. Знайдіть напругу, прикладену до кінців провідника.

Запитання для самоперевірки

1. Яка залежність існує між силою струму і напругою на ділянці кола за умови постійного опору?

Q. Яку величину називають електричним опором провідника?

3.    Чому ми називаємо опір фізичною величиною?

4.    Як можна пояснити, чому провідник має опір?

5.    Що приймають за одиницю опору провідника?

6.    Опір якого провідника дорівнює 1 Ом?

Сформулюйте закон Ома для ділянки кола.

Чи буде правильним твердження: «Опір провідника прямо пропорційний до напруги на його кінцях і обернено пропорційний до сили струму в цьому провіднику»?

Завдання 32

Q. При напрузі 1 В сила струму в першому провіднику дорівнює 0,1 А, а у другому — 0,01 А. Який з провідників має більший опір? Розрахуйте опір провідників.

3.    Сила струму в провіднику дорівнює 0,6 А при напрузі 42 В. Чому дорівнює опір цього провідника?

4.    Користуючись показниками приладів, зображених на рисунку 115, визначте опір електричної лампи.

5.    Користуючись графіком (рис. 116), визначте опір провідників 1 і 2. Зробіть висновок про характер залежності між опором провідника і кутом нахилу графіка.

Лабораторна робота № З

Вимірювання опору провідника за допомогою вольтметра і амперметра

Мета роботи: навчитися вимірювати опір провідника за допомогою вольтметра і амперметра.

Обладнання. 1. Батарея з трьох елементів (або лабораторне джерело живлення). 2. Два провідники (резистори). 3. Амперметр. 4. Вольтметр.

5. Ключ. 6. З’єднувальні дроти.

Хід роботи

1.    Накресліть схему електричного кола, яке ви будете збирати.

2.    Складіть коло з одним із провідників, виміряйте силу струму і напругу на ньому.

3.    Повторіть вимірювання, замінивши досліджуваний провідник іншим. Результати вимірювань запишіть у таблицю. Зробіть висновик в якому зазначте за допомогою яких приладів ви навчилися вимірювати електричний опір?

4. Обчисліть значення опору провідників і запишіть результати в таблицю.

Провідник
1
2

5*. Додаткове завдання. Побудуйте в одній системі координат графік залежності сили струму від напруги для кожного провідника.

Домашнє завдання

Дайте відповіді на наступні запитання:

—    В якому з двох випадків електричний струм виконував більшу роботу?

—    Чи залежель значення сили струму від місця розташування амперметра в колі?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун