Народна Освіта » Фізика » § 24. Опір провідників

НАРОДНА ОСВІТА

§ 24. Опір провідників

 

Ми вже переконалися, що без необхідної напруги батарейок лампочка не світиться або світиться слабо. А якщо немає напруги, то в електричному колі струму взагалі не буде. Яскравість світіння лампи залежить також від величини струму, який вона споживає. Але чому спіраль лампи така гаряча, що аж світиться, а дроти, що підводять струм - холодні? Справа в тому, що провідники, лампа та інші пристрої мають електричний опір.

Між проходженням струму в провіднику і рухом рідини в трубі існує певна аналогія. Коли вода тече трубою, то вона втрачає енергію, оскільки має місце тертя рідини об стінки труби. Якщо не створена різниця тисків на кінцях труби, то рух рідини неможливий. Усередині провідника також існує «тертя» особливого типу.

Коли електрони рухаються в провіднику, то вони взаємодіють з йонами гратки, передаючи їм частину своєї енергії, в результаті чого провідник нагрівається. Втрати треба поповнювати і це робиться за рахунок енергії, яку виробляє джерело струму. Властивість провідників забирати від носіїв струму частину їх енергії і перетворювати її на теплоту (мол. 24.1) характеризують опором. Чим більший опір провідника, тим сильніше він нагрівається при проходженні однакового струму.

Опір провідника позначають літерою R (від англ, resistance - опір) і вимірюють в омах (Ом), на вимірювальних приладах використовують міжнародне позначення (Ω). Одиницю опору названо на честь німецького фізика Георга Ома, який відкрив дуже важливий в електриці закон, також названий його іменем.

 

При одній і тій самій силі струму на опорі 20 Ом виділяється, наприклад, у п'ять разів більше теплоти, ніж за той самий час на опорі 4 Ом. Зазвичай провідники в електричному колі мають дуже малий опір порівняно з лампами чи електричною плитою, тому в ідеалізованих задачах вважають, що у провідників його взагалі немає. Будь-який прилад, що має певний опір, позначають на схемі у вигляді продовгуватого прямокутника (мал. 24.2) і називають резистором. Дуже великі значення опору записують у кілоомах (1 кОм = 1 000 Ом) і мегомах (I МОм = = 1 000 000 Ом).

Питомий опір

Величина опору залежить від матеріалу провідника, оскільки провідники відрізняються за внутрішньою будовою - в одних провідниках електронам легше рухатися, в інших - важче. Щоб порівняти опори провідників, зроблених із різних матеріалів, домовилися вимірювати опір провідників з однаковими геометричними параметрами: площею поперечного перерізу 1 мм2 (чи 1 м2) та однакової довжини (1 м) і занести в довідники (див. таблицю 24.1).

Опір провідника довжиною 1 м і площею перерізу 1 мм2 називають питомим опором і позначають грецькою літерою р (ро). Наприклад, питомий опір міді в практичній (електротехнічній) системі одиниць становить

 

- це означає, що мідний дріт довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 мм2має опір 0,017 Ом.

Досліди показали, що опір однорідного провідника сталого перерізу прямо пропорційний довжині І і обернено пропорційний площі поперечного перерізу S. Опір довгого провідника більший, ніж короткого, тобто значення опору залежить від довжини провідника. Провідник більшого перерізу має менший опір. Так по широкій вулиці на автомобілі проїхати значно легше, а в широкому коридорі метро менша товкотнеча в години пік. Зрозуміло, що опір 1000 м мідного дроту матиме у 1000 разів більший опір,ніж однометровий, а опір мідного дроту довжиною 1 м і площею 2 мм2 вдвоє менший за 0,017 Ом. Усі ці частинні міркування можна узагальнити у формулі:

Таблиця 24.1

 

Питомий опір деяких матеріалів

Матеріал

Матеріал

Срібло

Свинець

Мідь

Ртуть

Золото

Графіт

Алюміній

Вугілля

Вольфрам

Нікель

Цинк

Залізо

Платина

Олово

Сплави високою опору:

Матеріал р,

Примітка: Ni - нікель, Mn - манган, Cr - хром, Fe - залізо, Al - алюміній. У дужках вказані речовини, що складають сплав.

ДОСЛІД 24.Ί

Виміряйте за допомогою мультиметра опір вашого тіла. Для цього перемкніть прилад на режим вимірювання опору (перемикач у положенні 2000 К), зробивши з нього омметр. Затисніть лівою рукою один щуп приладу, а правою - другий, а) Змінюйте силу, з якою ви стискаєте кінці щупа, і стежте за показаннями приладу, б) Намочіть руки і знову виміряйте опір, в) Зробіть десять присідань і знову виміряйте опір.

Зробіть висновки з ваших дослідів. Наскільки можна бути впевненим у достовірності отриманих даних?

Реостат

Резистор зі змінним опором називають реостатом. Такі пристрої використовують, наприклад, для регулювання гучності в радіоприймачах і телевізорах.

Найпростіший реостат - реохорд - це просто шматок ніхромового дроту, закріплений на лінійці (мал. 24.3). До кінців дроту прикріплені фіксовані контакти, а по дроту рухається ковзаючий контакт, притиснутий до нього пружинкою. Якщо увімкнути реостат у коло, приєднавши один провід до фіксованого контакту, а другий - до рухомого, то опір можна змінювати від нульового значення

 

 

(крайнє ліве положення рухомого контакту) до максимального (крайнє праве положення). Реохорд має той недолік, що його найбільший опір невеликий, тобто діапазон зміни опору малий.

Якщо треба зробити реостат з великим опором, то потрібно взяти довгий дріт. У цьому випадку його накручують на керамічний циліндр виток до витка (кераміка витримує високу температуру, якщо дріт нагрівається), а ковзаючий контакт рухається перпендикулярно до витків, переходячи з одного витка на інший (мал. 24.4). Електричного контакту між витками немає, тому що окисел на поверхні ніхромового дроту не проводить струму і служить ізоляцією. Притиснутий до витків ковзний контакт стирає тонкий шар окислу і контактує з витками дроту.

ПРИКЛАД 24. Ί

На реостаті написано 2 А, ЗО Ω. Це означає, що максимальний струм, при якому прилад ще не надто нагрівається, становить 2 А. Опір реостата можна змінювати від 0 до ЗО Ом.

Часто використовують реостати з графітовим шаром, який має форму прямої смужки (мал. 24.5 а) або дуги кола (мал. 24.5 б). Якщо товщина графітового шару всюди однакова, то при пересуванні рухомого контакту опір реостата рівномірно зростає. Графіт використовують тому, що він м'який, не так швидко стирається та має великий питомий опір.

Реостат, в якому задіяні три клеми, зв'язані з початком дроту, його кінцем і з ковзаючим контактом, називають потенціометром (мал. 24.6).

 

Контактний опір

У місці контакту двох провідників (мал. 24.7) площа перерізу може виявитися дуже малою, що приведе до появи в цьому місці великого опору. Інша причина поганого контакту - утворення на поверхні окислу, опір якого великий порівняно з опором матеріалу провідника. Для поліпшення контакту проводи скручують, притискають один до одного або припаюють. У всіх випадках збільшується площа контакту, а при паянні не утворюється окисел.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

 

24.1. ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ ГРИФЕЛЯ ОЛІВЦЯ ВІД ЙОГО ДОВЖИНИ.

МЕТА РОБОТИ:

1.    Визначити опір грифеля R в залежності

від його довжини /.

2.    Накреслити графік залежності R(I).

3.    Визначити характер залежності опору

грифеля від його довжини.

ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ:

омметр, грифель простого олівця, лінійка. міліметровий папір.

ХІД РОБОТИ:

1.    Схема досліду (мал. 24.8)

2.    На один кінець грифеля щільно намотайте 2-3 витки мідного дроту, який забезпечить контакт з одним щупом мултиметра. Іншим щупом водіть по грифелю, вимірюючи довжину від останнього витка мідного проводу, що намотаний на початок грифеля, до місця контакту (мал. 24.9). Стежте, щоб був добрий контакт у місці дотику щупа і грифеля.

/, CM

R, Ом

                   

 

РЕЗУЛЬТАТ РОБОТИ:

1.    Графік R(I) на міліметровому папері, вклеєний у зошит.

2.    Залежність опору грифеля від довжини наступна:... (лінійна, прямо пропорційна, квадратична тощо).

КОРОТКІ ПІДСУМКИ

1 Значення опору характеризує втрати енергії струму на даній ділянці електричного кола. Опір залежить від матеріалу, з якого виготовлений провідник, його довжини і площі поперечного перерізу, а також від температури.

! Опір провідника одиничної довжини і одиничної площі перерізу називають питомим опором. Опір провідника довільної довжини і перерізу

 

обчислюють за формулою

! Опір провідника можна виміряти за допомогою омметра. Реостат - це резистор, опір якого можна змінювати в певних межах.

1 Потенціометром називають реостат, в якому задіяні усі три клеми.

! У місці поганого контакту провідників може виникнути значний опір, який називають контактним.

ВПРАВА № 24

1.    Як називають реостат з двома фіксованими і одним ковзаючим контактом?

2.    Чому реостати часто роблять з матеріалів високого опору або з графіту?

3.    Чому виникає додатковий опір у місці контакту двох провідників?

4.    Чому опір графітового порошку залежить від сили, з якою його стискають?

5.    Чому нагріваються провідники, коли по них проходить струм?

6.    Від чого залежить ступінь нагрівання провідника при проходженні струму?

7.    Питомий опір срібла становить 0,016 Ом-мм2/м. Який фізичний зміст цієї величини?

8.    Чому питомі опори різних матеріалів відрізняються між собою?

9.    Як залежить опір провідника від його довжини і площі поперечного перерізу?

10.    Чому метали здатні проводити струм?

11.    Як змінився опір спіралі електроплити, якщо її вкоротили на одну чверть?

12.    Діаметр провідника збільшили у три рази. Як змінився його опір?

13.    Кусок дроту склали вдвоє. Як при цьому змінився опір, виміряний між новими кінцями провідника?

14.    Обчисліть опір алюмінієвого дроту перерізом 0,5 мм2 і довжиною 50 м.

15.    Якої довжини ніхромовий дріт треба взяти для виготовлення резистора опором 1 кОм, якщо діаметр дроту дорівнює 0,1 мм?

16.    Є мідний дріт довжиною 100 м. Яку довжину повинен мати алюмінієвий дріт такого ж поперечного перерізу, щоб його опір дорівнював опору мідного дроту?

17.    Мідний дріт має довжину 1000 м і опір 8,5 Ом. Чому дорівнює маса (в кг) цього дроту? Густина міді дорівнює 8,9 г/см3.

18.    Визначте опір мотка залізного провідника діаметром 0,2 мм, маса якого дорівнює 157,4 г. Густина заліза дорівнює 7,87 г/см3.

 

Цей матеріал з підручника Фізика 8 клас Пшенічка 

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 11-08-2016, 14:22, посмотрело: 2399