Физика закон ома для участка цепи: 1. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи

Содержание

Закон Ома для участка цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Закон Ома для однородного участка элект­рической цепи кажется до­вольно простым: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна на­пряжению на концах этого участка и об­ратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U / R,

где I —сила тока в участке цепи; U — на­пряжение на этом участке; R — сопротив­ление участка.

После известных опытов Эрстеда, Ам­пера, Фарадея возник вопрос: как зависит ток от рода и характеристик источника то­ка, от природы и характеристик провод­ника, в котором существует ток. Попытки установить такую зависимость удались лишь в 1826—1827 гг. немецкому физику, учи­телю математики и физики Георгу Симону Ому (1787—1854). Он разработал установку, в которой в значительной степени можно было устранить внешние влияния на ис­точник тока, исследуемые проводники и т. п. Следует также иметь в виду: для многих ве­ществ, которые проводят электрический ток,

закон Ома вообще не выполняется (полу­проводники, электролиты). Металлические же проводники при нагревании увеличи­вают свое сопротивление.

Ом (Ohm) Георг Симон (1787—1854) — немецкий физик, учитель математики и физики, член-корреспондент Берлин­ской АН (1839). С 1833 г. профессор и с 1839 г. ректор Нюрнбергской высшей по­литехнической школы, в 1849—1852 гг.— профессор Мюнхенского университе­та. Открыл законы, названные его име­нем, для однородного участка цепи и для полной цепи, ввел понятие элект­родвижущей силы, падения напряже­ния, электрической проводимости. В 1830 г. произвел первые измерения электродвижущей силы источника тока.

В формулу закона Ома для однородного участка цепи входит напряжение U, которое измеряется работой, выполняемой при пе­ренесении заряда в одну единицу в данном участке цепи:

U = A / q,

где A — работа в джоулях (Дж), заряд q — в кулонах (Кл), а на­пряжение U — в вольтах (В).

Из формулы для закона Ома можно лег­ко определить значение сопротивления для участка цепи:

R = U / I.

Если напряжение определено в вольтах, а сила тока — в амперах, то значение со­противления получается в омах (Ом):

Ом = В/А.

На практике часто используются меньшие или большие единицы для измерения сопро­тивления: миллиом (1мОм = 10 Ом), килоом (1кОм = 103 Ом), мегаом (1МОм = 106 Ом) и т. п. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Закон Ома для однородного участка цепи можно выразить через плотность тока и на­пряженность электрического поля в нем. В самом деле, с одной стороны, I =

jS, а с дру­гой — I = (φ1 — φ2) / R = —Δφ / R. Если имеем однородный проводник, то и напряженность элект­рического поля в нем будет одинаковой и равной E = —Δφ / l. Вместо R подставляем его значение ρ • l / S и получаем:

j = —Δφ / ρl = (-1 / ρ) • (Δφ / l) = (1 / ρ) • E = σE.

Учитывая, что плотность тока и напряженность поля величины векторные, имеем закон Ома в наиболее общем виде:

j̅ = σ͞E.

Это — одно из важнейших уравнений электродинамики, оно справедливо в любой точке электрического поля.

На этой странице материал по темам:
  • Закон ома для участка цепи доклад

  • Закон ома для динамиков

  • Закон ома для полной цепи краткий конспект

  • Физика закон ома для участка электрической цепи формула

  • Доклад закон ома для участка цепи

Вопросы по этому материалу:
  • Какие электрические величины и как объединяет между собой за­кон Ома для однородного участка цепи?

  • Что такое электрическое напряжение?

  • Как определяется сопротивление проводников?

  • Как формулируется закон Ома для каждой точки проводника с током, который объединяет такие электрические величины: плотность тока, удельные сопротивление или электропроводимость вещества проводника и напряженность электрического поля в данной точке проводника?

Закон Ома для участка цепи. Расчет электрического сопротивления проводника

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

  • обучающие: закрепление понятия сила тока, напряжение, сопротивление; вывести зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи. Закон Ома для участка цепи. Примеры на расчёт силы тока, напряжения и сопротивления проводника.
  • развивающие: развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов; продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
  • воспитательные: развитие познавательного интереса к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул, развитие аккуратности, умения организовывать свою работу в определённом промежутке времени.

 

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.Зависимость силы тока от сопротивления проводника при постоянном напряжении;
2.Зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении участка цепи.
ЦОР Физика.

Формируемые УУД

  • регулятивные: самостоятельность, целеполагание, контроль;
  • познавательные:практическое освоениеоснов проектно-исследовательскойдеятельности, интерес к новому учебному материалу;
  • коммуникативные:организация и планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками, общительность, умение договариваться, работать в группе, аргументировать, отвечать на поставленные вопросы;
  • личностные: справедливость, формирование адекватнойпозитивной самооценки, оценивание успехов, установка на ЗОЖ.

Ожидаемые результаты
Учащиеся научатся:

  • Объяснять зависимость силы тока от напряжения и сопротивления на участке цепи;
  • Строить графики зависимости силы тока от напряжения и сопротивления;
  • Собирать простейшие электрические схемы;
  • Применять закон Ома для решения количественных задач.

Ход урока

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. Чем сложнее электронам передвигаться по проводнику, тем меньшее их количество в единицу времени будет перемещаться сквозь поперечное сечение и следовательно сила тока также будет меньше.

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.мм., и проводник выполнен из меди.


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.

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.

Физика 8 класс. Закон Ома для участка цепи :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

Эта зависимость получила название «закон Ома для участка цепи «, т.к. именно Георгу Ому в 1827 г. впервые удалось экспериментально установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.


ИНТЕРЕСНО !

Когда немецкий электротехник Георг Симон См положил на стол ректора Берлинского университета свою диссертацию, где впервые был сформулирован этот закон, без которого невозможен
ни один электротехнический расчет, он получил весьма резкую резолюцию. В ней говорилось,
что электричество не поддается никакому математическом описанию, так как электричество
— это собственный гнев, собственное бушевание тела, его гневное Я, которое проявляется в каждом теле, когда его раздражают. Ректором Берлинского университета был в те годы
Георг Вильгельм Фридрих Гегель.

___

Имя Ома увековечено не только открытым им законом. В 1881 г. на Электротехническом съезде в Париже было утверждено название единицы сопротивления «Ом». Далеко не всем известно, что одному из кратеров на обратной стороне Луны присвоено имя Ома, наряду с именами таких великих физиков, как Планк, Лоренц, Ландау, Курчатов.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

В 1833 г. Георг Ом был уже известен в Германии, и являлся профессором политехнической школы
в Нюрнберге. Однако во Франции и Англии работы Ома оставались неизвестными. Через 10 лет
после появления «закона Ома» один французский физик на основе экспериментов пришел
к таким же выводам. Но ему было указано, что установленный им закон еще в 1827 г. был открыт Омом. Оказывается, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под другим именем
— для них это закон Пулье.

ЗАПОМНИ !

А знаешь, как, работая с формулой закона Ома,
легко написать формулу для любой входящей величины ?
С помощью треугольника!

Устали? — Отдыхаем!

Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников. 10 класс. Физика. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Закон Ома оказался справедливым не только для металлов, но и для растворов электролитов. Сформулированный закон имеет место для так называемого однородного участка цепи – участка, не содержащего источников тока.

Математическая запись закона Ома проста, как и его формулировка, но экспериментально подтвердить эту зависимость очень трудно. Сила тока, протекающая по участку цепи, мала. Поэтому используют достаточно чувствительные приборы. Г. Ом изготовил чувствительный прибор для измерения силы тока, а в качестве источника тока использовал термопару. Действие амперметра и вольтметра основано на применение закона Ома для участка цепи. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.

Из математической записи закона Ома:

 

можно выразить напряжение :

и сопротивление проводника:

.

Таким образом, закон Ома связывает три параметра, характеризующих постоянный электрический ток, проходящий по проводнику, и позволяет находить любой из них, если известны два других.

Закон Ома имеет границы применимости и выполняется только в том случае, когда при прохождении тока температура заметно не меняется. На вольт–амперной характеристике лампы накаливания видно, что график сильно искривляется при напряжении выше 10В, значит, закон Ома выше этого напряжения применять нельзя.

Также нельзя говорить, что сопротивление проводника зависит от напряжения и силы тока в цепи. Сопротивление участка цепи зависит от свойств проводника: длины, площади поперечного сечения и материала, из которого состоит проводник.

где l-длина проводника, s-его площадь поперечного сечения.

ρ –удельное сопротивление проводника – это физическая величина, характеризующая зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он изготовлен.

Удельное сопротивление показывает, каким сопротивлением обладает сделанный из этого вещества проводник длиной 1м и площадью поперечного сечения 1м2 .

Из формулы видно, что единицей измерения в системе СИ является Ом·м. Но так как площадь поперечного сечения проводника достаточно мала, используют единицы измерения

при вычислении площадь поперечного сечения проводника следует выражать в мм2.

В заключении хочется заметить, что Ом начал свои опыты, когда был учителем физики в гимназии. В своих экспериментах Ом брал куски проволоки одинакового диаметра, но разного материала и изменял их длину таким образом, чтобы в цепи сила тока имела одинаковое значение. Находящаяся рядом магнитная стрелка отклонялась при прохождении тока в цепи. Установив связь между напряжением и силой тока, Г. Ом вывел один из основных законов постоянного тока.

Последовательное соединение проводников

Электрические цепи, с которыми приходится иметь дело на практике, обычно состоят не из одного приёмника электрического тока, а из нескольких различных, которые могут быть соединены между собой по-разному. Зная сопротивление каждого и способ их соединения, можно рассчитать общее сопротивление цепи.

На рисунке а изображена цепь последовательного соединения двух электрических ламп, а на рисунке б — схема такого соединения. Если выключать одну лампу, то цепь разомкнётся и другая лампа погаснет.

Рис. Последовательное включение лампочек и источников питания

Мы уже знаем, что при последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же, т. е.

I = I1 = I2

А чему равно сопротивление последовательно соединённых проводников?

Соединяя проводники последовательно, мы как бы увеличиваем длину проводника. Поэтому сопротивление цепи становится больше сопротивления одного проводника.

Последовательное соединение проводников

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи):

R = R1 + R2

Напряжение на концах отдельных участков цепи рассчитывается на основе закона Ома:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Из приведённых равенств видно, что напряжение будет большим на проводнике с наибольшим сопротивлением, так как сила тока везде одинакова.

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U = U1 + U2.

Это равенство вытекает из закона сохранения энергии. Электрическое напряжение на участке цепи измеряется работой электрического тока, совершающейся при прохождении по участку цепи электрического заряда в 1 Кл. Эта работа совершается за счёт энергии электрического поля, и энергия, израсходованная на всём участке цепи, равна сумме энергий, которые расходуются на отдельных проводниках, составляющих участок этой цепи.

Все приведённые закономерности справедливы для любого числа последовательно соединённых проводников.

Пример 1. Два проводника сопротивлением R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи I = 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.

Запишем условие задачи и решим её.


ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

 

Расчет параметров электрической цепи
при параллельном соединении сопротивлений:

1. сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов
во всех параллельно соединенных участках

2. напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково


3. при параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению :

( R — сопротивление проводника,
1/R — электрическая проводимость проводника)

Если в цепь включены параллельно только два сопротивления, то:

( при параллельном соединении общее сопротивление цепи меньше меньшего из включенных сопротивлений )

4. работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков,
равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2

5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков,
равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2

Для двух сопротивлений:

т.е. чем больше сопротивление, тем меньше в нём сила тока.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответить на вопросы.

  1. Какое соединение проводников называют последовательным? Изобразите его на схеме.
  2. Какая электрическая величина одинакова для всех проводников, соединённых последовательно?
  3. Как найти общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных проводников, при последовательном соединении?
  4. Как найти напряжение участка цепи, состоящего из последовательно соединённых проводников, зная напряжение на каждом?
  5. Какое соединение проводников называют параллельным? Изобразите его на схеме.
  6. Какая из электрических величин одинакова для всех проводников, соединённых параллельно?
  7. Как выражается сила тока в цепи до её разветвления через силы токов в отдельных ветвях разветвления?
  8. Как изменяется общее сопротивление разветвления после увеличения числа проводников в разветвлении?
  9. Какое соединение проводников применяется в жилых помещениях? Какие напряжения используются для бытовых нужд?

Задание 2.Решите задачи.

1. Две лампочки соединены последовательно. Сила тока на первой лампочке 2А. Найдите общее напряжение и напряжение на каждой из ламп, если сопротивление на первой лампе 3Ом, а на второй 4Ом.

2. Две лампочки соединены параллельно. Напряжение на второй лампочке10В. Найдите силу тока в цепи и на каждой из ламп, если сопротивление на первой лампе 1Ом, а на второй 2Ом.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

  • http://www.tepka.ru/
  • http://class-fizika.narod.ru
  • http://www.youtube.com/watch?v=cVKE9NItreo
  • http://znaika.ru/catalog/10-klass/physics/
  • http://www.youtube.com/watch?v=NB7hOVYe7h0
  • https://www.youtube.com/watch?v=cVKE9NItreo
  • https://www.youtube.com/watch?v=0hFWeR8ybxs
  • http://www.youtube.com/watch?v=EDI8DzWSSWY
  • http://www.youtube.com/watch?v=bH_-qGnjJqc
     

 


 

 

Закон Ома для участка цепи | 8 класс

Для описания процесса протекания электрического тока в цепи у нас есть уже три характеристики: сила тока, напряжение и сопротивление.

Мы выяснили, что некоторые из них связаны между собой. Сила тока зависит от напряжения. Эти величины прямо пропорциональны друг другу. Во сколько раз увеличивается напряжение на концах проводника, во столько же раз увеличивается сила тока в нем. Проводник мы меняли в этих опытах, сопротивление оставалось постоянным.

Далее мы узнали, что сила тока зависит и от электрического сопротивления проводника. Показания амперметра при подключении в цепь разных проводников менялись. Напряжение при этом оставалось в этих проводниках постоянным.

Но мы пока не установили, каким образом между собой связаны сразу эти три величины. На данном уроке мы опытным путем докажем эту связь и познакомимся с законом Ома для участка цепи.

Опытное определение зависимости силы тока от сопротивления при постоянном напряжении

Для того, чтобы определить зависимость силы тока от сопротивления проводника, мы проведем еще один опыт. Теперь мы будем знать электрическое сопротивление тех проводников, которые будем использовать.

Обратите внимание, что в ходе опыта напряжение на концах используемых проводников должно быть постоянным. Эта величина не должна изменяться, чтобы мы могли корректно оценить зависимость силы тока от сопротивления.

Соберем электрическую цепь из источника тока, ключа, амперметра, проводника. К проводнику параллельно подсоединим вольтметр (рисунок 1).

Проводников у нас будет три разных. Они обладают разными сопротивлениями. Мы будем поочередно подключать их в цепь. Каждый раз мы будем фиксировать показания амперметра.

По показаниям вольтметра необходимо следить, чтобы напряжение на концах каждого проводника было одинаковым.

Рисунок 1. Установление зависимости силы тока от сопротивления проводника
{"questions":[{"content":"При экспериментальном исследовании зависимости силы тока в проводнике от его сопротивления необходимо следить, чтобы[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["напряжение на концах проводника оставалось постоянным","вольтметр был подсоединен в цепь последовательно","сила тока в цепи не изменялась"],"explanations":["","Вольтметр НИКОГДА не подсоединяется в цепь последовательно. Только параллельно.","Сила тока в цепи будет равна силе тока в проводнике. Если мы говорим об определении зависимости, это подразумевает, что исследуемые величины будут изменяться."],"answer":[0]}}}]}

Связь силы тока и сопротивления

Проведя все измерения, мы занесли их результаты в таблицу 1.

№ опытаНапряжение на концах проводника, $В$Сопротивление проводника, $Ом$Сила тока в цепи, $А$
1212
2221
3240,5
Таблица 1. Данные, полученные при проведении опытов

Давайте проанализируем наши результаты.

В первом опыте сила тока составила $2 \space А$ при сопротивлении проводника в $1 \space Ом$.

Для следующего опыта мы взяли проводник с сопротивлением в $2 \space Ом$. Это в два раза больше, чем в первом опыте. А вот сила тока составила $1 \space А$. Она стала в два раза меньше.

В третьем опыте сопротивление проводника было равно $4 \space Ом$. То есть, в четыре раза больше, чем в первом опыте. Сила тока стала равна $0.5 \space А$. Она уменьшилась в четыре раза.

Напряжение на концах проводников во всех трех опытах оставалось постоянным. Оно было равно $2 \space В$.

Так какова зависимость силы тока в проводнике от сопротивления этого проводника?

Из наших опытов мы можем сделать определенный вывод.

Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

{"questions":[{"content":"Сопротивление проводника и сила тока в нем[[choice-6]]","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":["обратно пропорциональны друг другу","прямо пропорциональны друг другу","не зависят друг от друга"],"explanations":["","Так связаны между собой сила тока и напряжение.",""],"answer":[0]}}}]}

Закон Ома для участка цепи

В 1827 году немецкий физик Георг Ом (рисунок 2) открыл закон, описывающий зависимость силы тока от напряжения на концах проводника и сопротивления этого проводника. Проводник является частью электрической цепи. Этот закон был назван в честь этого ученого и называется законом Ома для участка цепи.

Рисунок 2. Георг Симон Ом (1789 — 1854) — немецкий физик. Вывел и подтвердил один из основных физических законов — закон Ома

Как формулируется закон Ома?

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
$I = \frac{U}{R}$,
где $I$ — сила тока в участке цепи, $U$ — напряжение на концах этого участка, $R$ — электрическое сопротивление участка.

{"questions":[{"content":"Формула, описывающая закон Ома для участка цепи, имеет следующий вид:[[choice-10]]","widgets":{"choice-10":{"type":"choice","options":["$I = \\frac{U}{R}$","$U = \\frac{I}{R}$","$I = \\frac{q}{t}$","$U = \\frac{A}{q}$"],"explanations":["","","Это определение силы тока.","Это определение напряжения."],"answer":[0]}}}]}

График зависимости силы тока от сопротивления проводника

На рисунке 3 изображен график зависимости силы тока от сопротивления. Напряжение при этом на концах проводника остается постоянным.

Рисунок 3. График зависимости силы тока в цепи от сопротивления

Здесь по горизонтальной оси отложены сопротивления проводников в омах, а по вертикальной — сила тока в амперах.

Формулы для вычисления напряжения и сопротивления

Из формулы $I = \frac{U}{R}$ мы можем выразить напряжение и сопротивление:

$U = IR$,
$R = \frac{U}{I}$.

При расчете сопротивления проводника помните, что $R$ — постоянная величина для каждого проводника. Она не будет изменяться при изменениях силы тока или напряжения.

{"questions":[{"content":"При увеличении напряжения на участке цепи[[choice-17]]","widgets":{"choice-17":{"type":"choice","options":["сопротивление этого участка не изменится","сопротивление этого участка увеличится","сопротивление этого участка уменьшится"],"explanations":["Прямо пропорционально напряжению увеличится сила тока в цепи. Сопротивление является свойством самого проводника и не зависит от изменений напряжения или силы тока.","",""],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Упражнение №1

Напряжение на зажимах электрического утюга $220 \space В$, сопротивление нагревательного элемента утюга $50 \space Ом$. Чему равна сила тока в нагревательном элементе?

Дано:
$U = 220 \space В$
$R = 50 \space Ом$

$I — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Закон Ома для участка цепи: $I = \frac{U}{R}$.

Рассчитаем силу тока:
$I = \frac{220 \space В}{50 \space Ом} = 4.4 \space А$.

Ответ: $I = 4.4 \space А$.

Упражнение №2

Сила тока в спирали электрической лампы $0.7 \space А$, сопротивление лампы $310 \space Ом$. Определите напряжение, под которым находится лампа.

Дано:
$I = 0.7 \space А$
$R = 310 \space Ом$

$u — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Закон Ома для участка цепи: $I = \frac{U}{R}$.

Выразим отсюда напряжение и рассчитаем его:
$U = IR$,
$U = 0.7 \space А \cdot 310 \space Ом = 217 \space В$.

Ответ: $U = 217 \space В$.

Упражнение №3

Каким сопротивлением обладает вольтметр, рассчитанный на $150 \space В$, если сила тока в нем не должна превышать $0.01 \space А$?

Дано:
$U_{max} = 150 \space В$
$I_{max} = 0.01 \space А$

$R — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем закон Ома для участка цепи: $I = \frac{U}{R}$.

Выразим отсюда сопротивление и рассчитаем его значение, используя максимальные значения напряжения и силы тока, соответствующие прибору:
$R = \frac{U_{max}}{I_{max}}$,
$R = \frac{150 \space В}{0.01 \space А} = 15 \space 000 \space Ом = 15 \space кОм$.

Ответ: $R = 15 \space кОм$.

Упражнение №4

Определите по графику (рисунок 4) сопротивление проводника.

Рисунок 4. График зависимости силы тока в проводнике от напряжения

Возьмем из графика данные. При напряжении, равном $10 \space В$, сила тока в проводнике равна $2.5 \space А$. Запишем условие задачи и решим ее.

Обратите внимание, что сопротивление $R$ не зависит ни от силы тока, ни от напряжения. Поэтому вы можете выбирать другие значения силы тока и напряжения из графика. Ваш ответ к этой задаче от этого не изменится.

Дано:
$U = 10 \space В$
$I = 2.5 \space А$

$R — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем закон Ома для участка цепи: $I = \frac{U}{R}$.

Выразим отсюда сопротивление и рассчитаем его значение, используя данные графика:
$R = \frac{U}{I}$,
$R = \frac{10 \space В}{2.5 \space А} = 4 \space Ом$.

Ответ: $R = 4 \space Ом$.

Упражнение №5

Рассмотрите рисунок 1 и таблицу результатов опыта, выполняемого в соответствии с этим рисунком. Что изменится на рисунке и в схеме электрической цепи, когда будут проводиться опыты №2 и №3, указанные в таблице 1?

Для опыта №2:
на рисунке будет подключен другой проводник, имеющий сопротивление $2 \space Ом$. Амперметр будет показывать силу тока, равную $1 \space A$.

Для опыта №3:
на рисунке ничего не изменится. Это иллюстрация именно этого опыта (в цепь подключен проводник с сопротивлением $4 \space Ом$).

Схема электрической цепи будет одинаковой для всех трех опытов, если не отмечать сопротивление проводника (рисунок 5).

Рисунок 5. Схема электрической цепи для опытов по определения зависимости силы тока от сопротивления

Упражнение №6

По показаниям приборов (рисунок 6) определите сопротивление проводника АВ.

Рисунок 6. Зависимость силы тока от свойств проводников

Дано:
$U = 4 \space В$
$I = 1 \space А$

$R — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Выразим сопротивление из закона Ома для участка цепи:
$I = \frac{U}{R}$,
$R = \frac{U}{I}$.

Из прошлого урока: этот проводник AB — железная проволока. Рассчитаем ее сопротивление:
$R = \frac{4 \space В}{1 \space А} = 4 \space Ом$.

Ответ: $R = 4 \space Ом$.

Упражнение №7

На рисунке 7 изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением? Определите сопротивление каждого из проводников.

Рисунок 7. Графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников

Возьмем данные из графиков. Для проводника A выберем напряжение, равное $6 \space В$. При таком напряжении сила тока в этом проводнике будет равна $3 \space А$. Для проводника B возьмем значение напряжения, равное $4 \space В$. Ему соответствует сила тока, равная $1 \space А$. Теперь мы можем записать условия задачи и решить ее.

Дано:

$U_A = 6 \space В$
$I_A = 3 \space А$
$U_B = 4 \space В$
$I_B = 1 \space А$

$R_A — ?$
$R_B — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Закон Ома для участка цепи: $I = \frac{U}{R}$.
Выразим сопротивление: $R = \frac{U}{I}$.

Рассчитаем сопротивление для проводника A:
$R_A = \frac{U_A}{I_A}$,
$R_A = \frac{6 \space В}{3 \space А} = 2 \space Ом$.

Рассчитаем сопротивление для проводника B:
$R_B = \frac{U_B}{I_B}$,
$R_B = \frac{4 \space В}{1 \space А} = 4 \space Ом$.

Проводник B обладает большим сопротивлением, чем проводник A. Его сопротивление больше в 2 раза $(\frac{R_B}{R_A} = \frac{4 \space Ом}{2 \space Ом} = 2$).

Ответ: сопротивление проводника B в 2 раза больше сопротивления проводника A; $R_A = 2 \space Ом$, $R_B = 4 \space Ом$.

ГДЗ тема Закон Ома для участка цепи физика 8 класс тесты Чеботарева

Автор: А. В. Чеботарева

Издательство: Экзамен 2017

Серия: УМК

Тип книги: Тесты

Рекомендуем посмотреть

Подробное решение тема № Закон Ома для участка цепи по физике тесты для учащихся 8 класса УМК , авторов Чеботарева 2017

Решебник / тема / Закон Ома для участка цепи

Сообщить об ошибке

Отключить комментарии

Расскажите об ошибке

ГДЗ по физике 8 класс Чеботарева тесты тема — Закон Ома для участка цепи Оставить отзыв Предложение Жалоба Неполное решение задания Нет решения Опечатка Ошибка в ответе Не совпадает номер задания или страница учебника Другое

Отправить Сообщение должно содержать от 10 до 250 символов

Спасибо! Ваше сообщение успешно отправлено!

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Закон Ома для участка цепи

На прошлом уроке мы с вами говорили о том, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на этом проводнике. Также, на основании проделанных опытов, мы установили, что существует физическая величина, которая характеризует свойства проводника, по которому течёт ток — это сопротивление.

Давайте вспомним почему проводник обладает электрическим сопротивлением. Итак, электрический ток в металлах представляет собой направленное движение свободных электронов. Движущиеся под действием электрического поля электроны взаимодействуют с атомами и ионами кристаллической решётки металла. Следовательно, атомы и ионы препятствуют движению электронов, то есть оказывают сопротивление их движению. Это ведёт к уменьшению скорость направленного движения электронов, а значит, и силы тока в проводнике. Следовательно, сила тока в проводнике, должна каким-то образом зависеть от сопротивления проводника.

Давайте с вами выясним, какова эта зависимость при постоянном напряжении на концах проводника. Для этого будем использовать магазин сопротивлений, представляющий собой четыре последовательно соединённых проводника, которые могут в различных сочетаниях включаться в цепь.

При этом общее сопротивление проводников будет различным. С помощью источника тока будем поддерживать в каждом случае постоянное напряжение, например, 2 В.

Уже из этих данных видно, что сила тока при постоянном напряжении на концах проводника обратно пропорциональна его сопротивлению.

 

Обобщая результаты всех опытов, можно утверждать, что сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:

Эта зависимость была установлена экспериментально в 1826 г. Г. Омом. Поэтому данный закон называют законом Ома для участка цепи.

Из формулы, описывающей закон Ома, видно, что зная две из трёх входящих в неё величин, можно легко вычислить третью. Например, из формулы мы можем выразить сопротивление, которое будет равно отношению напряжения к силе тока:

Несмотря на это, следует помнить о том, что сопротивление — это характеристика проводника, которая никак не зависит от напряжения и силы тока.

Закон Ома для участка цепи очень часто используется в различных расчётах, связанных с электрическими цепями. Поэтому давайте рассмотрим пример решения задачи.

Задача. К пятивольтовой батарейке подсоединили лампочку, через которую проходит ток вдвое меньше, чем в лампочке, подсоединённой к двухвольтовой батарейке. Сравните сопротивления спиралей лампочек.

19.1 Закон Ома — Физика

Постоянный и переменный ток

Подобно тому, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно двигаться, перемещаются из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом. Аккумулятор имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединить токопроводящим проводом, будет протекать электрический ток (заряды), как показано на рис. 19.2. Затем электроны будут перемещаться от клеммы батареи с низким потенциалом (, отрицательный конец ) через провод и войти в клемму батареи с высоким потенциалом (, положительный конец ).

Фигура 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительные и отрицательные клеммы, что позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной клемме.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Подчеркните, что электроны движутся от отрицательного вывода к положительному, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательного вывода.

Электрический ток — это скорость, с которой движется электрический заряд.Большой ток, например, используемый для запуска двигателя грузовика, очень быстро перемещает большое количество заряда, в то время как слабый ток, например, используемый для работы ручного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как

, где ΔQΔQ — количество заряда, протекающего мимо данной области, а ΔtΔt — время, за которое заряд проходит мимо этой области. Единицей СИ для электрического тока является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836).Один ампер — это один кулон в секунду, или

.

Электрический ток, движущийся по проводу, во многом подобен водяному току, движущемуся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, протекающих через данный участок трубы. Как показано на рис. 19.3, электрический ток очень похож. Мы подсчитываем количество электрических зарядов, протекающих по сечению проводника; в данном случае проволока.

Фигура 19,3 Электрический ток, протекающий по этому проводу, равен заряду, прошедшему сечение А, деленному на время, за которое этот заряд проходит сечение А .

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Обратите внимание, что носители заряда на этом рисунке положительные, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.

Предположим, что каждая частица q на рис. 19.3 несет заряд q=1nCq=1nC, и в этом случае показанный общий заряд будет ΔQ=5q=5nC ΔQ=5q=5nC . Если эти заряды переместятся через площадь А за время Δt=1 нс Δt=1 нс, то ток будет

I=ΔQΔt=5nC1ns=5А.I=ΔQΔt=5nC1ns=5А.

19.1

Обратите внимание, что мы приписали положительный заряд зарядам на рис. 19.3. Обычно отрицательные заряды — электроны — представляют собой подвижный заряд в проводах, как показано на рис. 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току равной величины, движущемуся влево, как показано на рис. 19.4, мы определяем обычный ток как текущий в том же направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. .Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.

Также обратите внимание, что один кулон — это значительное количество электрического заряда, поэтому 5 А — это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).

Фигура 19,4 а) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, положительные заряды движутся вправо. (б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево.Электрическое поле и ток по-прежнему находятся справа.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Укажите, что электрическое поле одинаково в обоих случаях и что ток течет в направлении электрического поля.

Предупреждение о заблуждении

Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток определяется как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются подвижными носителями заряда.Математически результат будет одинаковым независимо от того, предположим ли мы, что положительный заряд течет в одну сторону, или отрицательный — в противоположную. Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения дырок).

Снап Лаборатория

Овощной ток

Эта лабораторная работа помогает учащимся понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, вталкивание большего количества частиц в один конец трубы вытеснит такое же количество частиц из противоположного конца.Это создает поток частиц.

Найдите соломинку и сушеный горошек, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и наполните ее горошком. Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, с другого конца должна выйти другая горошина. Эта демонстрация является моделью электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет подачу электроэнергии. За 30 с посчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку.Когда закончите, рассчитайте ток горошин , разделив количество горошин на время в секундах.

Обратите внимание, что движение гороха основано на физическом столкновении горошин друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.

Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый из которых заряжен до 1 нКл. Если вы пропускаете горох через соломинку со скоростью четыре горошинки в секунду, как вы вычислите электрический ток, переносимый вашими заряженными горошинами?

  1. Измерьте длину соломинки, затем разделите на скорость потока горошин и умножьте на стоимость одной горошинки.

  2. Умножьте расход гороха на стоимость гороха.

  3. Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока горошин и разделите на стоимость горошин.

  4. Разделите расход гороха на стоимость гороха.

Направление обычного тока — это направление, в котором будет течь положительный заряд .В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. Это верно и для нервных клеток. Чисто положительные токи относительно редки, но встречаются. История приписывает американскому политику и ученому Бенджамину Франклину описание тока как направления, в котором положительные заряды текут по проводу.Он назвал тип заряда, связанного с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они несут ток во многих ситуациях.

Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рис. 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, для поддержания движения электронов требуется сила, которая обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к ​​концу провода с более низким потенциалом.Электроны, несущие отрицательный заряд, в среднем движутся (или дрейфуют ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рис. 19.5.

Фигура 19,5 Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают много столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов направлена ​​против электрического поля. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянная подача энергии.

До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении. Постоянный ток часто называют постоянным током или током.

Многие источники электроэнергии, такие как гидроэлектростанция, показанная в начале этой главы, производят переменный ток, в котором направление тока меняется вперед и назад. Переменный ток часто называют , переменный ток .Переменный ток движется вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рис. 19.6. Переменный ток, поступающий из обычной настенной розетки, не меняет направление внезапно. Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого она плавно уменьшается обратно до нуля, и цикл начинается заново.

Фигура 19,6 При переменном токе направление тока меняется на противоположное через равные промежутки времени.На графике вверху показана зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют току, движущемуся влево. Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Между этими двумя максимумами ток регулярно и плавно чередуется.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Помогите учащимся интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а плавно переходит от одного максимума к противоположному максимуму и обратно.Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.

К устройствам, использующим переменный ток, относятся пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую им мощность, когда вы подключаете их к сетевой розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока перемещает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.

Однако многие устройства используют постоянный ток, например компьютеры, сотовые телефоны, фонарики и автомобили. Одним из источников постоянного тока является батарея, которая обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими клеммами. Когда ваше устройство подключено к аккумулятору, потенциал постоянного тока перемещает заряд в одном направлении по цепи вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока — использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые можно подключить к настенной розетке, используются для зарядки ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства.Люди обычно называют это зарядным устройством или батареей , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение. В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить ваше зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш переходник.

Рабочий пример

Ток при ударе молнии

Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, какова средняя сила тока в молнии?

Стратегия

Используйте определение тока I=ΔQΔtI=ΔQΔt .Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов составляет ΔQ=neΔQ=ne, где n=1020n=1020 — число электронов, а e=−1,60×10−19Ce=−1,60×10−19C — заряд электрона. Это дает

ΔQ=1020×(-1,60×10-19°С)=-16,0°С. ΔQ=1020×(-1,60×10-19°С)=-16,0°С.

19.2

Время Δt=2×10−3 с Δt=2×10−3 с – это продолжительность удара молнии.

Решение

Сила тока при ударе молнии

I=ΔQΔt=-16,0C2×10-3с=-8кA.I=ΔQΔt=-16,0C2×10-3с=-8кА.

19.3

Обсуждение

Знак минус отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд. Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток определяется как течет от земли к облаку.

Рабочий пример

Средний ток для зарядки конденсатора

В цепи, содержащей конденсатор и резистор, требуется 1 мин для зарядки конденсатора емкостью 16 мкФ от 9-вольтовой батареи. Какова средняя сила тока за это время?

Стратегия

Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C=QVC=QV .Когда конденсатор заряжается от 9-вольтовой батареи, напряжение на конденсаторе будет V=9VV=9V. Это дает заряд

Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока I=ΔQΔtI=ΔQΔt, мы можем найти средний ток.

Решение

Средний ток

I=ΔQΔt=CVΔt=(16×10-6F)(9В)60с=2,4×10-6А=2,4мкА.I=ΔQΔt=CVΔt=(16×10-6Ф)(9В)60с=2,4×10-6А =2,4 мкА.

19,5

Обсуждение

Этот малый ток типичен для тока, встречающегося в цепях, подобных этой.

Сопротивление и закон Ома

Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом подобен воде, протекающей по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засоры и узкие участки трубы. Эти препятствия замедляют течение тока по трубе. Точно так же электрический ток в проводе может быть замедлен многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале.Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление — это описание того, насколько провод или другой электрический компонент сопротивляется потоку заряда через него. В 19 веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально установил, что сила тока в проводнике пропорциональна падению напряжения на проводнике с током.

Константой пропорциональности является сопротивление R материала, что приводит к

Это соотношение называется законом Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Закон Ома — это эмпирический закон, подобный закону трения, а это означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицами сопротивления являются вольты на ампер или В/А. Мы называем V/A Ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,

1Ом=1В/А(1.4).1Ом=1В/А(1.4).

Закон Ома выполняется для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость).При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К омическим материалам относятся хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически одинаковым в широком диапазоне напряжений и токов.

Смотреть физику

Введение в электричество, цепи, ток и сопротивление

В этом видео представлен закон Ома и показана простая электрическая цепь.Спикер использует аналогию с давлением, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет двигаться заряд. Он называет электрический потенциал , электрическое давление . Другой способ представления об электрическом потенциале — представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом ограниченном пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает окружающие его заряды. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в маленьком пространстве: какие бы частицы ни подтолкнули к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица давит на другую.

Если на принципиальной схеме, показанной на видео, вместо одного резистора R начертить два резистора сопротивлением R каждый, что можно сказать о токе через цепь?

  1. Количество тока в цепи должно уменьшиться вдвое.

  2. Количество тока в цепи должно увеличиться вдвое.

  3. Ток в цепи должен оставаться одинаковым.

  4. Количество тока в цепи удвоится.

Виртуальная физика

Закон Ома

Эта симуляция имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным к батареям.Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и/или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий малых рассеивающих центров . Они представляют собой примеси или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.

Исследования PhET: Закон Ома. Посмотрите, как форма уравнения закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение увеличить вдвое (например, с 3\,\text{В} до 6\,\text{В}), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?

  1. Ток удвоится. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

  2. Ток удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

  3. Ток увеличится вдвое. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

  4. Ток уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

Рабочий пример

Сопротивление фары

Чему равно сопротивление автомобильной фары, через которую 2.50 А протекает при подаче на него 12,0 В?

Стратегия

Закон Ома говорит нам, что Vheadlight=IRheadlightVheadlight=IRheadlight . Падение напряжения при прохождении через фару — это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight=VbatteryVheadlight=Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.

Решение

Решение закона Ома для сопротивления фары дает

Vheadlight=IRheadlightVbattery=IRheadlightRheadlight=VbatteryI=12V2.5A=4,8Ω.Vheadlight=IRheadlightVbattery=IRheadlightRheadlight=VbatteryI=12V2.5A=4,8Ω.

19,6

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивления в цепях обычно измеряются в кВт или МВт.

Рабочий пример

Определите сопротивление по графику ток-напряжение

Предположим, вы прикладываете к цепи несколько разных напряжений и измеряете ток, проходящий через цепь.График ваших результатов показан на рис. 19.7. Каково сопротивление цепи?

Фигура 19,7 Линия показывает ток как функцию напряжения. Обратите внимание, что сила тока указана в миллиамперах. Например, при 3 В ток равен 0,003 А или 3 мА.

Стратегия

График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V=IRV=IR) константа пропорциональности равна сопротивлению R .Поскольку на графике ток показан как функция напряжения, мы должны преобразовать закон Ома в следующую форму: I=VR=1R×VI=VR=1R×V. Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R. Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы можем вычислить сопротивление R .

Решение

Наклон линии равен подъему , деленному на пробег . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия поднимается на 1 мА (0.001 А) и работает при напряжении 1 В. Таким образом, наклон линии равен

наклон = 0,001A1V. наклон = 0,001A1V.

19,7

Приравнивание наклона к 1R1R и решение R дает

1R=0,001A1R=1V0,001A=1000 Ом1R=0,001A1R=1V0,001A=1000 Ом

19,8

или 1 кОм.

Обсуждение

Это сопротивление больше, чем в предыдущем примере. Сопротивления, подобные этому, распространены в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе.Обратите внимание, что если бы линия на рис. 19.7 не была прямой, то материал не был бы омическим, и мы не смогли бы использовать закон Ома. Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются неомическими.

20.2: Закон Ома. Сопротивление и простые схемы

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения.Когда источник напряжения подключен к проводнику, он применяет разность потенциалов \(V\), которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению \(V\). Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что сила тока в металлической проволоке прямо пропорциональна приложенному напряжению :

.

\[I \propto V .\метка{20.3.1}\]

Это важное соотношение известно как закон Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением \(R\).Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

\[I \propto \frac{1}{R} . \метка{20.3.2}\]

Так, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает

\[I = \frac{V}{R} . \метка{20.3.3}\]

Это соотношение также называют законом Ома.Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими . К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление \(R\), которое не зависит от напряжения \(V\) и тока \(I\). Предмет, имеющий простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико.Единицей измерения сопротивления является Ом и обозначается символом \(\Омега\) (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка \(I = V/R\) дает \(R = V/I\), поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

\[1 \Omega = 1 \frac{V}{A} . \метка{20.3.4} \]

На рисунке \(\PageIndex{1}\) показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно считать имеющими пренебрежимо малое сопротивление, или их сопротивление можно включить в \(R\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример \(\PageIndex{1}\): расчет сопротивления: автомобильная фара:

Чему равно сопротивление автомобильной фары, через которую 2.50 А протекает при подаче на него 12,0 В?

Стратегия

Мы можем преобразовать закон Ома в соответствии с формулой \(I = V/R\) и использовать его для определения сопротивления.

Решение:

Преобразование уравнения \ref{20.3.3} и подстановка известных значений дает

\[\begin{align*} R &= \frac{V}{I} \\[5pt] &= \frac{12,0 В}{2,50 A} \\[5pt] &= 4,80 \Omega . \конец{выравнивание*}\]

Обсуждение:

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше, чем морозостойкость фары.{-5} \Омега\), а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомические). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление».

Дополнительное понимание достигается путем решения \(I = V/R\) для \(V\), что дает

\[V = ИК . \метка{20.3.5}\]

Выражение для \(V\) можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное низким током \(I\). Фраза \(IR\) drop часто используется для обозначения этого напряжения.Например, фара в примере имеет падение \(IR\) 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию).В простой цепи (одна с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, так как \(PE = q \Delta V\), и одно и то же \(q\) протекает через каждый . Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны (рис. \(\PageIndex{2}\)).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

УСТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ: ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму.О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

Закон Ома и схемы

Основной закон Ома и схемы

В этой лабораторной работе мы обнаружим взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током, а затем изучим правила которые управляют различными конфигурациями цепей.

Начнем с блока питания. Для сегодняшней лаборатории мы можем рассматривать его как источник напряжения, то есть его работа для вывода определенного напряжения независимо от того, что к нему подключено. Думайте об этом как о причудливой батарее, которую вы можете подключить в стену. Следующее, на что нужно обратить внимание, это резистор. Мы рассмотрели их в некоторых вводных лабораторных работах и мы вернемся и посмотрим на них снова сегодня. Как следует из названия, резистор с большим значением будет очень полезен. хорошая работа по сопротивлению потоку электричества.Этот поток тоже имеет название, его называют током.

Настройте источник напряжения на четыре вольта. Установите цифровой мультиметр на напряжение и выполните прямое измерение. Когда ты проверьте 4 вольта, снимите цифровой мультиметр и настройте его на измерение тока (мА). Возьмите на выбор 6 или 7 резисторов, не менее 100 Ом. Подключите один резистор к источнику питания и цифровому мультиметру. Один провод должен идти от блока питания к резистору, то другой конец резистора должен идти к цифровому мультиметру, а цифровой мультиметр должен замыкать петлю и возвращаться обратно к источнику питания.Преподаватель лаборатории покажет вам одну из этих схем на лекции перед лабораторией. Измерьте ток через резистор на четыре вольта. Включите остальные резисторы один за другим. Вы видите подтверждение имя? Когда вы получаете более высокие сопротивления, вы получаете более низкие токи?

Постройте кривую зависимости токов от сопротивления, как будет выглядеть график? Надеюсь, это подтверждает следующее уравнение:

ΔV = I R

Это известно как закон Ома.Мы можем проверить это, выбрав три резистора, каждый из которых больше 1000 Ом, а затем начертить I, как мы варьировать ΔV. Это должны быть красивые прямые линии. Склоны соответствуют вашим ожиданиям?

Цепи с несколькими резисторами
Следующее, на что следует обратить внимание, это то, что происходит с ситуацией, когда мы добавляем больше или больше резисторов к тому, что у нас уже есть. Начните с самой основной проблемы, как второй резистор влияет на схему? Оказывается, это более сложный проблема, чем можно подумать, так как есть два способа добавить второй резистор.Давайте рассмотрим каждый из них по очереди.

В нашей исходной схеме с одним резистором источник питания подключен к резистору. Давайте решим, что мы хотим измерить ток, выходящий из источника питания, поэтому мы вставляем цифровой мультиметр в качестве амперметра между источником питания и резистором. Теперь добавим второй резистор и посмотрим, как это повлияет на ток в цепи. Как подключить второй резистор? Подключите второй резистор так, чтобы кончики двух резисторов были соединены друг с другом, а хвосты — с друг друга.Поскольку это приведет к тому, что резисторы выстроятся бок о бок, это называется параллельной схемой. Текущий от источника питания подниматься, опускаться или оставаться на прежнем уровне? Означает ли это, что сопротивление в цепи то увеличивалось, то уменьшалось, или остался прежним?

Это еще один способ подключения второго резистора. Отсоедините первую цепь и вместо этого подключите «наконечник» второй. резистор и к «хвосту» первого. Это называется последовательным соединением. Ваш ток идет вверх или вниз, или остается такой же? Означает ли это, что сопротивление в цепи увеличилось, уменьшилось или осталось прежним?

Теперь мы должны исследовать эти случаи более подробно.Поскольку в настоящее время у нас подключена последовательная цепь, мы можем начать с нее. Удалите цифровой мультиметр из схемы, чтобы использовать его в качестве измерителя напряжения. После того, как цепь будет пересоединена, измерьте напряжение на источник питания. Затем измерьте напряжение на каждом резисторе. Сделайте ваши результаты напряжений через комбинацию резисторы имеет смысл сравнивать с напряжением на блоке питания? Имеют ли значение напряжения на каждом резисторе? по сравнению с током в цепи? Объяснять.Добавьте последовательно третий резистор, и прежде чем делать какие-либо измерения, предсказать, что вы найдете. Соответствуют ли ваши измерения вашим прогнозам? Можете ли вы определить правило поведения напряжения? Как работает ток в цепи? Как сопротивления объединяются, чтобы сформировать общее сопротивление цепи?


Рис. 1. Измерение тока в последовательной цепи

Теперь давайте вернемся и применим ту же логику к параллельной схеме.Соберите параллельную цепь с двумя резисторами. Возьмите Цифровой мультиметр и проверьте напряжение на источнике питания и на каждом из резисторов. Что такое шаблон? Используйте закон Ома для предсказания ток через каждый резистор. Измерьте ток, подключив цифровой мультиметр в качестве амперметра после каждого резистора (следя за тем, чтобы измерять ток только от этого резистора, а не от комбинации). Имеет ли ответ смысл? Теперь измерьте ток от блока питания, это тоже имеет смысл учитывая токи через каждый резистор? Добавьте третий резистор в параллели? Какое напряжение на нем будет? Какой будет ток через него? Можете ли вы найти правила, описывающие напряжение, ток и комбинированное сопротивление в параллельных цепях?


Рис. 2. Измерение тока в параллельной цепи

Запишите свои наблюдения и выводы в лабораторную тетрадь.

Сопротивление и простые схемы – Школа физики

Резюме

  • Объясните происхождение закона Ома.
  • Расчет напряжения, тока или сопротивления по закону Ома.
  • Объясните, что такое омический материал.
  • Опишите простую схему.

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения.Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов $latex \boldsymbol{V} $, которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению $latex \boldsymbol{V} $. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что сила тока в металлической проволоке прямо пропорциональна приложенному напряжению :

.

$латекс \boldsymbol{I \propto V}.$

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением RR размером 12{R} {}. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

$латекс \boldsymbol{I \propto} $

Так, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает

$латекс \boldsymbol{I =} $

Это соотношение также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими.К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы обладают сопротивлением $latex \boldsymbol{R} $, которое не зависит от напряжения $latex \boldsymbol{V} $ и тока $latex \boldsymbol{I} $. Объект, имеющий простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является ом, который обозначается символом $latex\Omega$ (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка $latex \boldsymbol{I = V/R} $ дает $latex \boldsymbol{R = V/I} $, поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

$латекс \boldsymbol{1 \;\Omega = 1} $

На рис. 1 показана схема простой цепи.Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют пренебрежимо малое сопротивление, или их сопротивление можно включить в $latex \boldsymbol{R} $.

Рисунок 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 1: расчет сопротивления: автомобильная фара

Чему равно сопротивление автомобильной фары, через которую протекает ток 2,50 А при подаче на нее напряжения 12,0 В?

Стратегия

Мы можем преобразовать закон Ома в соответствии с формулой $latex \boldsymbol{I=V/R} $ и использовать его для определения сопротивления.12 \;\Omega} $ или больше.{-5} \;\Omega} $, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомические). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в главе 20.3 Сопротивление и удельное сопротивление.

Дополнительные сведения можно получить, решив $latex \boldsymbol{I = V/R} $, что даст

$латекс \boldsymbol{V = IR}.$

Это выражение для $latex \boldsymbol{V} $ можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока $latex \boldsymbol{I} $.Фраза $latex \boldsymbol{IR} $  drop часто используется для обозначения этого напряжения. Например, фара в примере 1 имеет $латексное \boldsymbol{IR}$ падение напряжения, равное 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления.Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку $latex \boldsymbol{PE = q \Delta V} $, и тот же $latex \boldsymbol{ q} $ проходит через каждый. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны.(См. рис. 2.)

Рис. 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Установление связей: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

Исследования PhET: Закон Ома

Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Рис. 3. Закон Ома
  • Простая схема — это схема, в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
  • Одно из утверждений закона Ома дает соотношение между током $latex \boldsymbol{I} $, напряжением $latex \boldsymbol{V} $ и сопротивлением $latex \boldsymbol{R} $ в простой цепи как $latex \boldsymbol {I = \frac{V}{R}} $.
  • Сопротивление выражается в омах ($latex \boldsymbol{\Omega}$), связанных с вольтами и амперами как $latex \boldsymbol{1 \;\Omega = 1 \;\textbf{V} / \textbf{A}} $.
  • Падение напряжения или $latex \boldsymbol{IR} $ на резисторе, вызванное протеканием через него тока, определяется выражением $latex \boldsymbol{V = IR} $.

Концептуальные вопросы

1: Падение $latex \boldsymbol{IR} $ на резисторе означает изменение потенциала или напряжения на резисторе.Изменяется ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.

2: Чем падение $latex \boldsymbol{IR} $ в резисторе похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?

Задачи и упражнения

1: Какой ток протекает через лампу фонарика на 3,00 В, если ее сопротивление в горячем состоянии равно $latex \boldsymbol{3,60 \;\Omega } $?

2: Рассчитайте эффективное сопротивление карманного калькулятора с цифрой 1.Батарея 35 В и через которую протекает 0,200 мА.

3: Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него протекает ток 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель напряжение 11,0 В?

4: Сколько вольт подается на световой индикатор DVD-плеера, сопротивление которого равно $latex \boldsymbol{140 \;\Omega} $, если через него проходит ток 25,0 мА?

5: (a) Найдите падение напряжения в удлинителе с $latex \boldsymbol{0.9 \;\Омега}$. Какой ток протекает через изолятор, если напряжение равно 200 кВ? (Некоторые высоковольтные линии постоянного тока.)

Глоссарий

Закон Ома
эмпирическое соотношение, утверждающее, что ток I пропорционален разности потенциалов V , ∝ V ; его часто записывают как I = V/R , где R — сопротивление
.
сопротивление
электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V/I
Ом
единица сопротивления, определяемая как 1 Ом = 1 В/А
омический
тип материала, для которого действует закон Ома
простая схема
схема с одним источником напряжения и одним резистором

Решения

Задачи и упражнения

1: 0.{-2} \;\Омега} $

5: (а) 0,300 В

(б) 1,50 В

(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, уменьшается, потому что общее падение напряжения от стены до конечного выхода устройства является фиксированным. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на устройстве значительно уменьшается, поэтому выходная мощность устройства может быть значительно снижена, что снижает способность устройства работать должным образом.

 

9.4 Закон Ома – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать закон Ома
  • Распознать, когда применяется закон Ома, а когда нет

До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление. Оказывается, многие материалы демонстрируют простую зависимость между значениями этих свойств, известную как закон Ома.Многие другие материалы не демонстрируют этой взаимосвязи, поэтому, несмотря на то, что он называется законом Ома, он не считается законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики. Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.

Описание закона Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что сила тока в металлической проволоке прямо пропорциональна приложенному напряжению :

.

[латекс] I \ фантом {\ правило {0.2em}{0ex}}\text{∝}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}V.[/latex]

Это важное соотношение лежит в основе закона Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, то есть экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место. Любой материал, компонент или устройство, которые подчиняются закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, известен как омический материал или омический компонент.Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомический компонент.

Эксперимент Ома

В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток в различных простых электрических цепях, содержащих провода различной длины. Аналогичный эксперимент показан на рис. 9.19. Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения.В этой простой схеме резистор соединен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо поставить на резистор (параллельно резистору). Ток измеряется амперметром, который должен быть подключен к резистору (последовательно с резистором).

Рисунок 9.19  Экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством. (а) Когда батарея присоединена, ток течет по часовой стрелке, а показания вольтметра и амперметра положительны.б) при переключении выводов батареи ток течет против часовой стрелки, а показания вольтметра и амперметра отрицательные.

В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких разных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на рис. 9.19(а), ток протекал по часовой стрелке, а показания вольтметра и амперметра были положительными. Изменится ли поведение тока, если ток течет в противоположном направлении? Чтобы заставить ток течь в противоположном направлении, выводы батареи можно поменять местами.При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, поскольку ток протекал в противоположном направлении, в данном случае против часовой стрелки. Результаты аналогичного эксперимента показаны на рис. 9.20.

Рисунок 9.20  Резистор включен в цепь с батареей. Приложенное напряжение варьируется от -10,00 В до +10,00 В, увеличиваясь с шагом 1,00 В. На графике показаны значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.

В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от −10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе. Строится график зависимости напряжения от тока, и результат приблизительно линейный. Наклон линии — это сопротивление или напряжение, деленное на ток. Этот результат известен как закон Ома:

, где В — напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I — ток, измеренный через объект в амперах, а R — сопротивление в единицах Ом.Как указывалось ранее, любое устройство, демонстрирующее линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство. Таким образом, резистор является омическим устройством.

Пример

Измерение сопротивления

Угольный резистор при комнатной температуре [латекс]\left(20\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}\right)[/latex] прикреплен к 9,00- V батареи, а ток, измеренный через резистор, равен 3,00 мА. а) Чему равно сопротивление резистора в омах? (b) Если температура резистора увеличивается до [латекс]60\фантом{\правило{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex] путем нагревания резистора, каков ток через резистор?

Стратегия

(а) Сопротивление можно найти по закону Ома. Закон Ома гласит, что [латекс]V=IR[/латекс], поэтому сопротивление можно найти, используя [латекс]R=V\текст{/}I[/латекс].

(b) Во-первых, сопротивление зависит от температуры, поэтому новое сопротивление после нагревания резистора можно найти с помощью [латекс]R={R}_{0}\left(1+\alpha \text{Δ}T \справа)[/латекс]. Ток можно найти с помощью закона Ома в виде [latex]I=V\text{/}R[/latex].{3}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}=3,00\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\ text{k}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}.[/latex]

  • Сопротивление в точке [латекс]60\фантом{\правило{0.2em}{0ex}}\текст{°}\текст{C}[/латекс] можно найти с помощью [латекс]R={R}_{0 }\left(1+\alpha \text{Δ}T\right)[/latex], где температурный коэффициент для углерода равен [латекс]\alpha = -0,0005[/латекс]. [латекс] R = {R} _ {0} \ влево (1+ \ альфа \ текст {Δ} T \ вправо) = 3,00 \ фантом {\ правило {0.2em} {0ex}} × \ фантом {\ правило { 0.{-3}\text{A}=3.06\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{мА}.[/latex]

  • Значение

    Изменение температуры на [латекс]40\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex] привело к изменению тока на 2,00%. Это может показаться не очень большим изменением, но изменение электрических характеристик может оказать сильное влияние на схемы. По этой причине многие электронные устройства, такие как компьютеры, содержат вентиляторы для отвода тепла, рассеиваемого компонентами электрических цепей.

    Проверьте свое понимание

    Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как [латекс]V\left(t\right)={V}_{\text{max}}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{sin} \phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\left(2\pi ft\right)[/latex]. Если к этому напряжению подключить резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома [latex]V=IR[/latex]?

    Показать решение

    Да, закон Ома остается в силе. В каждый момент времени ток равен [latex]I\left(t\right)=V\left(t\right)\text{/}R[/latex], поэтому ток также является функцией времени. , [латекс] I \ влево (т \ вправо) = \ гидроразрыва {{V} _ {\ текст {макс}}} {R} \ фантом {\ правило {0.2em}{0ex}}\text{sin}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\left(2\pi ft\right)[/latex].

    Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

    Неомические устройства не демонстрируют линейной зависимости между напряжением и током. Одним из таких устройств является полупроводниковый элемент схемы, известный как диод.Диод представляет собой схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Схема простой цепи, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на рис. 9.21. Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно проверить, чтобы увидеть, является ли он омическим или неомическим устройством.

    Рисунок 9.21  Диод — это полупроводниковое устройство, пропускающее ток, только если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.

    График зависимости тока от напряжения показан на рис. 9.22. Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод имеет отрицательный потенциал, а катод — положительный, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет чрезвычайно большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток — практически нулевой ток.По мере того, как напряжение, подаваемое на цепь, увеличивается, ток остается практически нулевым до тех пор, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не начнет проводить ток, как показано на рис. 9.22. Когда батарея и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит ток, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. (Это причина резистора в цепи, если бы его не было, ток стал бы очень большим.) Из графика на Рисунок 9.22 видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером неомического устройства.

    Рисунок 9.22  Когда напряжение на диоде отрицательное и малое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод открывается. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит ток.По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается приблизительно равным 0,7 В.

    Закон Ома обычно формулируется как [латекс]V=IR[/латекс], но первоначально он формулировался как микроскопическое представление с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля. Этот микроскопический взгляд предполагает, что пропорциональность [латекс]V\propto I[/латекс] возникает из-за дрейфовой скорости свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля.Как указывалось ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю. Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, чье имя мы снова встретим в следующей главе.

    Физика для науки и техники II

    6.5 Закон Ома из Office of Academic Technologies на Vimeo.

    6.05 Закон Ома

    Мы видели, что сопротивление определяется как разность потенциалов между двумя точками, деленная на величину тока, проходящего через эти точки.А также удельное сопротивление определялось как отношение напряженности электрического поля в интересующей области к плотности тока в этой области. Эти соотношения в физике известны как законы Ома.

    Здесь мы можем выразить разность потенциалов между двумя точками как ток, умноженный на сопротивление. Если мы построим график разности потенциалов между двумя точками в зависимости от тока, проходящего через эти точки для различных типов компонентов типичной электрической цепи, мы можем получить два разных случая.Один случай состоит в том, что зависимость между разностью потенциалов и током является линейной, поэтому это отношение, другими словами, 90 763 V 90 764 на 90 763 i 90 764, всегда становится постоянным.

    Конечно, ко второй категории относится тот случай, когда это соотношение не является постоянным, и в результате мы получаем кривую. Например, что-то вроде этого, как в случае с переходными диодами pn . Итак, вот пример поведения резистора, например, и это случай диода pn .

    Теперь говорят, что проводящее устройство подчиняется закону Ома, если его сопротивление между любыми двумя точками не зависит от величины и полярности разности потенциалов, приложенной между этими точками. Итак, если мы делаем такое заявление, проводящее устройство подчиняется закону Ома, если его сопротивление между любыми двумя точками не зависит от величины и полярности разности потенциалов, приложенной между этими точками. Другими словами, отношение 90 763 х 90 764 к 90 763 х 90 764 или 90 763 х 90 764 х 90 763 х 90 764 остается все время постоянным, так что наклон кривой остается постоянным.Другими словами, мы получаем прямую линию всякий раз, когда строим i против V или V против i .

    Теперь V равно i умножить на R . Верно для всех проводящих устройств. Мы просто разделяем эти устройства независимо от того, подчиняются они закону Ома или нет, просто наблюдая за сопротивлением, остается ли оно постоянным или нет. Другими словами, отношение 90 763 В 90 764 к 90 763 и 90 764 тока к разности потенциалов к току остается постоянным или нет.

    Если это отношение остается постоянным, то мы говорим, что компонент подчиняется закону Ома. Если это не так, то мы говорим, что этот компонент не подчиняется закону Ома. Итак, если i против V линейно, то это соответствует случаю подчинения закону Ома. С другой стороны, если 90 763 i 90 764 против 90 763 V 90 764 , разность потенциалов нелинейна, то этот случай мы называем неподчинением закону Ома.

    Теперь, конечно, локальный аналог закона Ома связан с определением удельного сопротивления, которое определялось как отношение напряженности электрического поля к плотности тока.И отсюда мы можем выразить E как ρ умножить на J . Конечно, это справедливо только для изотропных материалов. Материалы, электрические свойства которых одинаковы во всех направлениях. И снова аналогичным образом, если отношение электрического поля к плотности тока остается все время постоянным, иначе говоря, если удельное сопротивление среды постоянно, то эта среда подчиняется закону Ома. С другой стороны, если это отношение, электрическое поле к плотности тока, непостоянно или E по сравнению с J не является линейной кривой, то мы в конечном итоге говорим, что эта среда не подчиняется закону Ома.

    Итак, до сих пор мы ввели два различных набора величин, в основном микроскопических величин, и это были электрические поля, плотность тока, удельное сопротивление. Эти величины важны, когда мы изучаем фундаментальное электрическое поведение материи. Итак, скажем, что они важны, когда мы ищем фундаментальные электрические свойства материи.

    С другой стороны, макроскопические свойства или макроскопические величины, такие как разность потенциалов, ток и сопротивление, и эти величины важны, когда мы изготавливаем электрические приборы из конкретных проводников.Итак, эти величины важны, когда мы изготавливаем электрические приборы, конкретные схемы, например, на конкретных проводниках.

    Итак, другими словами, всякий раз, когда мы имеем дело с цепями, мы, следовательно, имеем дело с макроскопическими величинами, а именно с разностью потенциалов, током и сопротивлением. С другой стороны, если мы пытаемся понять фундаментальные электрические свойства конкретной среды, мы будем иметь дело с электрическим полем, плотностью тока и удельным сопротивлением или проводимостью этой среды.

    Закон

    Ом и сопротивление | IOPSpark

    Идеи вводного уровня

    На начальном уровне описание того, что происходит в электрических цепях, просто качественное. Не , а уместно обсуждать понятия количественно.

    Идеи среднего уровня

    Определение тока

    Ток можно описать как поток заряда, измеряемый в кулонах.Затем вы описываете и определяете кулон с точки зрения меднения. Вы даже можете заявить, что единица тока, один ампер (или ампер), означает один кулон в секунду с точки зрения меднения (0,000 000 329 кг меди, переносимой каждую секунду в ванне для меднения). Хотя это не согласуется с нынешней модой определять токи по силам, это дает учащимся гораздо более легкий способ изобразить токи. Общеизвестно, что у них уже есть сильное представление о токах как о потоках маленьких электронов, и если вы сгруппируете эти электроны в большие кулоны заряда, вы легко сможете убедить их думать, что токи измеряются в кулонах в секунду.

    Определение разности потенциалов

    Как только учащиеся поймут перенос энергии, разность потенциалов станет понятной, а вольт будет определен как джоуль на кулон. Обсуждение источников питания как источников энергии и электрических зарядов как носителей энергии помогает новичкам понять, почему ток в последовательной цепи не уменьшается, когда он протекает через компоненты передачи энергии, такие как лампы. Вы можете рассматривать разность потенциалов как фундаментальную измеримую величину, описываемую как передача энергии на каждый кулон, проходящий через рассматриваемую область; е.грамм. энергия, передаваемая от батареи к лампе и, следовательно, в окружающую среду.

    Конечно, ненаучная фантазия изображать кулоны, несущие на своих спинах заряды энергии и извергающие часть заряда в каждой части цепи, а затем собирающие новый заряд каждый раз, когда они проходят через батарею. Тем не менее, если вы время от времени предупреждаете учащихся, что это искусственная картина с нереалистичными деталями, они могут использовать эту модель для получения полезного представления о разнице потенциалов.

    Затем сопротивление, которое может оказаться более удобным при разработке профессиональных схем электрических единиц, занимает второстепенное место как [разность потенциалов]/[ток] с одним омом, определяемым просто как название одного вольта/ампера. Это просто словарная работа.

    С этими описаниями и определениями разности потенциалов и тока очевидно, что разность потенциалов x ток дает нам мощность, скорость, с которой передается энергия.На сленге ‘вольт x ампер = ватт ’.

    И когда вы генерируете Э.Д.С. вы также можете дать четкое описание этой концепции.

    Идеи продвинутого уровня

    В более формальных трактовках электричества в качестве основной величины выбирается единичный ток (определяемый в терминах силы между параллельными токами). Сопротивление — полезная производная величина, вторичный эталон, который можно легко сохранить и скопировать. Затем единица разности потенциалов получается из единиц заряда и энергии (или силы тока и мощности).

    Какой бы удобной ни была эта схема, она оставляет саму природу разности потенциалов без ясного описания. Конечно, на начальном уровне учащиеся находят «напряжение» таинственной концепцией, часто неопределенно описываемой как электрическое давление и часто описываемой как умножение силы тока на сопротивление. Когда использование разности потенциалов распространяется на случаи, когда нет тока, или случаи, когда нет закона сопротивления Ома, это остается очень загадочным.

    Развитие знаний в области электротехники – от начального до продвинутого уровня

    Здесь существует опасность путаницы между несколькими различными целями формирования знаний об электричестве.Существует вопрос тщательного определения основных единиц и получения вторичных единиц; это вопрос для курсов продвинутого уровня. Существует вопрос описания и определения физических величин, которые должны быть измерены в этих единицах. Там вам нужно знать физическую зависимость, извлеченную из экспериментов, например, теплопередача изменяется как ток 2 , или скорость меднения изменяется как ток . Существуют «операционные» определения в техническом смысле этого слова, которые описывают схему измерения в терминах реальных приборов, которые можно было бы использовать.

    Раньше ученые иногда использовали понятия, которым нельзя было дать рабочее определение. В настоящее время они более осторожны и пытаются определить или, по крайней мере, описать понятия физических величин в терминах возможных или, по крайней мере, мыслимых методов их измерения. Такие определения должны давать четкое представление о концепции; но они не всегда приводят к наиболее удобной единице измерения физической величины. Выбранная единица может быть определена совершенно отдельно — вы часто обнаруживаете, что она была выбрана ранее в истории предмета.

    Нет никаких логических возражений против определения единицы тока в единицах массы меди, осажденной в секунду при электролизе, хотя формально ток измеряется в терминах силы между проводами или катушками, по которым течет ток.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.