Как напряжение зависит от сопротивления. Электрическое сопротивление и закон Ома: все, что нужно знать о зависимости напряжения от сопротивления

Как связаны напряжение и сопротивление в электрической цепи. Как рассчитать силу тока по закону Ома. Что такое удельное сопротивление проводника и от чего оно зависит. Как работают резисторы и реостаты в электрических схемах. Почему важно учитывать сопротивление при расчете электрических цепей.

Что такое электрическое сопротивление и как оно влияет на ток в цепи

Электрическое сопротивление — это свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Чем выше сопротивление участка цепи, тем меньший ток протекает через него при заданном напряжении. Сопротивление измеряется в омах (Ом) и обозначается буквой R.

Основные факторы, влияющие на сопротивление проводника:

• Длина проводника — чем он длиннее, тем выше сопротивление
• Площадь поперечного сечения — чем она больше, тем ниже сопротивление
• Материал проводника — разные вещества имеют разное удельное сопротивление
• Температура — с ростом температуры сопротивление металлов обычно увеличивается

Формула для расчета сопротивления цилиндрического проводника:

R = ρ * l / S

где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения.

Закон Ома: зависимость силы тока от напряжения и сопротивления

Закон Ома устанавливает связь между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи:

I = U / R

где I — сила тока в амперах (А), U — напряжение в вольтах (В), R — сопротивление в омах (Ом).

Из закона Ома следует, что:

• При постоянном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению
• При постоянном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению

Это позволяет рассчитывать параметры электрических цепей и подбирать необходимые элементы.

Удельное электрическое сопротивление различных материалов

Удельное сопротивление — это характеристика вещества, показывающая его способность проводить электрический ток. Оно не зависит от размеров проводника и измеряется в Ом*м.

Примеры удельного сопротивления некоторых материалов при 20°C:

• Серебро: 1,6 * 10^-8 Ом*м
• Медь: 1,7 * 10^-8 Ом*м
• Алюминий: 2,8 * 10^-8 Ом*м
• Железо: 9,8 * 10^-8 Ом*м
• Константан (сплав): 49 * 10^-8 Ом*м

Чем ниже удельное сопротивление, тем лучше материал проводит ток. Металлы имеют низкое удельное сопротивление и являются хорошими проводниками. Диэлектрики (изоляторы) имеют очень высокое удельное сопротивление.

Как изменение температуры влияет на сопротивление проводников

Для большинства металлических проводников сопротивление увеличивается с ростом температуры. Это связано с усилением колебаний атомов кристаллической решетки, что затрудняет движение свободных электронов.

Зависимость сопротивления от температуры описывается формулой:

R = R0 * (1 + α * ΔT)

где R0 — сопротивление при начальной температуре, α — температурный коэффициент сопротивления, ΔT — изменение температуры.

У полупроводников с ростом температуры сопротивление обычно снижается. Этот эффект используется в термисторах — датчиках температуры.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

При последовательном соединении резисторов их общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных резисторов:

R = R1 + R2 + R3 + …

При параллельном соединении общее сопротивление рассчитывается по формуле:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

Знание правил соединения резисторов позволяет рассчитывать сложные электрические цепи и создавать схемы с нужными характеристиками.

Реостаты и потенциометры: регулируемые резисторы

Реостат — это переменный резистор, сопротивление которого можно плавно изменять. Он состоит из проводящего стержня и подвижного контакта (ползунка). Перемещая ползунок, можно менять длину участка проводника, включенного в цепь, и тем самым регулировать силу тока.

Потенциометр — это трехконтактный переменный резистор. Он позволяет не только изменять сопротивление, но и делить напряжение в определенном соотношении. Потенциометры широко используются в электронике для регулировки громкости, яркости и других параметров.

Реостаты и потенциометры применяются для:

• Регулировки силы тока и напряжения в цепях
• Настройки чувствительности датчиков
• Управления мощностью электроприборов
• Создания делителей напряжения

Практическое применение закона Ома в электротехнике

Закон Ома является фундаментальным принципом в электротехнике и находит широкое применение:

• Расчет параметров электрических цепей (ток, напряжение, сопротивление)
• Выбор проводов нужного сечения для электропроводки
• Подбор резисторов для ограничения тока в электронных схемах
• Расчет мощности электроприборов и систем электроснабжения
• Диагностика неисправностей в электрооборудовании

Понимание закона Ома позволяет инженерам-электрикам и электронщикам проектировать эффективные и безопасные электрические системы.

Глава 21. Электрический ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца

Для решения задач ЕГЭ на постоянный ток надо знать определения тока, напряжения, сопротивления, закон Ома для участка цепи и замкнутой цепи, закон Джоуля-Ленца, а также уметь находить эквивалентные сопротивления простейших электрически цепей. Рассмотрим эти вопросы.

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. Силой тока в некотором сечении проводника называется отношение заряда , протекшего через это сечение за интервал времени , к этому интервалу времени

(21.1)

Чтобы в проводнике тек электрический ток, в проводнике должно быть электрическое поле, или, другими словами, потенциалы различных точек проводника должны быть разными. Но при движении электрических зарядов по проводнику потенциалы различных точек проводника будут выравниваться (см. гл. 19). Поэтому для протекания тока в течение длительного времени на каких-то участках цепи необходимо обеспечить движение зарядов в направлении противоположном полю.

Такое движение может быть обеспечено только силами неэлектрической природы, которые в этом контексте принято называть сторонними. В гальванических элементах («батарейках») сторонние силы возникают в результате электрохимических превращений на границах электродов и электролита. Эти превращения обеспечивают перемещение заряда противоположно направлению поля, поддерживая движение зарядов по замкнутому пути.

Сила тока в однородном участке проводника пропорциональна напряженности электрического поля внутри проводника. А поскольку напряженность поля внутри проводника связана с разностью потенциалов его концов (или электрическим напряжением на проводнике ), то

(21.2)

Коэффициент пропорциональности , который принято записывать в знаменатель формулы (21.2), является характеристикой проводника и называется его сопротивлением. В результате формула (21.2) принимает вид

(21. 3)

Формула (21.3) называется законом Ома для однородного участка цепи, а сам участок цепи часто называют резистором (от английского слова resistance — сопротивление).

Если проводник является однородным и имеет цилиндрическую форму (провод), то его сопротивление пропорционально длине и обратно пропорционально площади сечения

(21.4)

где коэффициент пропорциональности зависит только от материала проводника и называется его удельным сопротивлением.

Если участок цепи представляет собой несколько последовательно соединенных однородных проводников с сопротивлениями (см. рисунок), то сила тока через каждый проводник будет одинаковой , электрическое напряжение на всем участке цепи равно сумме напряжений на каждом проводнике , а эквивалентное сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений отдельных проводников

(21. 4)

Если участок цепи представляет собой несколько однородных проводников с сопротивлениями , соединенных параллельно (см. рисунок), то электрическое напряжение на каждом проводнике будет одинаковым , ток через участок будет равен сумме токов, текущих через каждый проводник , а величина, обратная эквивалентному сопротивлению всего участка, равно сумме обратных сопротивлений отдельных проводников

(21.5)

Рассмотрим теперь закон Ома для замкнутой электрической цепи. Пусть имеется замкнутая электрическая цепь, состоящая из источника сторонних сил с внутренним сопротивлением и внешнего сопротивления . Пусть при прохождении заряда через источник сторонние силы совершают работу . Электродвижущей силой источника (часто используется аббревиатура ЭДС) называется отношение работы сторонних сил к заряду

(21. 6)

В этом случае сила тока в цепи равна

(21.7)

Формула (21.7) называется законом Ома для замкнутой электрической цепи.

При прохождении электрического тока через участок цепи электрическое поле совершает работу (часто эту работу называют работой тока, хотя термин этот не очень точный). Очевидно, вся эта работа превращается в тепло. Поэтому если через участок цепи прошел заряд , где — сила тока в цепи, — время, то количество выделившейся теплоты равно

(21.8)

(для получения последнего и предпоследнего равенств использован закон Ома для участка цепи). Формулы (21.8) называются законом Джоуля-Ленца. Из формулы (21.8) следует, что количество выделившейся при протекании электрического тока теплоты линейно зависит от времени наблюдения. Поэтому отношение

(21. 9)

которое называется мощностью тока, не зависит от времени наблюдения. Формулу (21.9) также называют законом Джоуля-Ленца.

Рассмотрим теперь задачи.

Структура металла кратко обсуждалась в гл. 16: положительно заряженные ионы расположены в узлах кристаллической решетки, образовавшиеся в результате диссоциации валентные электроны могут свободно перемещаться по проводнику (свободные электроны). Они и осуществляют проводимость металла (

задача 21.1.1 — ответ 2).

Согласно определению (21.1) находим среднюю силу тока в канале молнии (задача 21.1.2)

(ответ 2).

Если за 1 мин через сечение проводника протекает заряд 60 Кл (задача 21.1.3), то сила тока в этом проводнике равна А. Применяя далее к этому проводнику закон Ома для участка цепи, получаем В (ответ 2).

По закону Ома для участка цепи имеем для силы тока через участок цепи после изменения его сопротивления и электрического напряжения на нем (задача 21.

1.4)

Таким образом, сила тока уменьшилась в 4 раза (ответ 3).

Согласно закону Ома для участка цепи сопротивление — это коэффициент пропорциональности между напряжением на этом участке и силой тока в нем. Поэтому в задаче 21.1.5 имеем, например, используя крайнюю точку графика

(ответ 2). Из-за линейной зависимости тока от напряжения вычисления можно было выполнить и по другим точкам графика, ответ был бы таким же.

Согласно формуле (21.4) имеем для первой проволоки в задаче 21.1.6

где — удельное сопротивление меди, — длина проводника, — его радиус. Для медной проволоки с вдвое большей длиной и втрое бóльшим радиусом сечения имеем

(ответ 3).

Как следует из формулы (21.4) при двукратном уменьшении длины проводника вдвое уменьшается его сопротивление. Поэтому из закона Ома для участка цепи (21.3) заключаем, что при двукратном уменьшении напряжения на проводнике и двукратном уменьшении его длины (задача 21.1.7) сила тока в проводнике не изменится (ответ 4).

В задаче 21.1.8 следует использовать закон Ома для замкнутой электрической цепи (21.7). Имеем

где — ЭДС источника, — сопротивлении е внешней цепи, — сопротивление источника (ответ 1).

В задаче 21.1.9 следует применить закон Ома для замкнутой электрической цепи (21.7) к какому-нибудь значению внешнего сопротивления, по графику найти силу тока в цепи, а затем и ЭДС источника. Проще всего применить закон Ома к случаю . Из графика находим силу тока . Поэтому

где — внутреннее сопротивление источника (ответ 3).

Из формулы (21.9) следует, что при фиксированном сопротивлении участка цепи увеличение электрического напряжения в 2 раза (задача 21.1.10) приведет к увеличению мощности тока в 4 раза (ответ 2).

В задаче 21.2.1 удобно использовать вторую из формул (21.9) . Имеем Вт (ответ 3).

Часто школьники не могут ответить на такой вопрос: из формулы для мощности тока следует, что мощность линейно растет с ростом сопротивления, а из формулы — убывает с ростом сопротивления. А как же в действительности мощность зависит от сопротивления? Давайте разберемся в этом вопросе на примере задачи 21.2.2. Конечно, оба предложенных «решения» неправильны: в них молчаливо предполагалось, что сила тока, текущего через это сопротивление, или напряжение на этом сопротивлении не зависят от его величины. А на самом деле эти величины от сопротивления зависят, причем эти зависимости могут быть разными для разных источников тока. Внутреннее сопротивление бытовых электрических сетей очень мало. В этом случае из законов Ома для замкнутой цепи и участка цепи (21.7), (21.3) следует, что напряжение на любом элементе, включенном в такую сеть, не зависит от сопротивления этого элемента и равно номинальному напряжению сети . Поэтому из формулы заключаем, что мощность, которая выделяется на таком элементе обратно пропорциональна его сопротивлению (ответ 3). Отметим, что из проведенного рассуждения следует, что выделяемая мощность будет очень большой (опасная в быту ситуация!) для малого сопротивления внешнего участка цепи, т.е. в случае короткого замыкания, которого, таким образом, необходимо избегать.

Если бы внутреннее сопротивление источника было бы много больше внешнего сопротивления, ток в цепи определялся бы, главным образом, внутренним сопротивлением источника, а от внешнего сопротивления зависел бы слабо. В этом случае мощность тока была бы прямо пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Как обсуждалось в решении предыдущей задачи, сопротивление элемента, работающего в бытовой электросети равно , где — номинальная мощность данного элемента, — напряжение в сети. Поэтому отношение сопротивлений ламп мощностью Вт и Вт, рассчитанных на работу в одной и той же бытовой электрической сети (задача 21.2.3) равно

(ответ 2).

Поскольку резисторы в задаче 21.2.4 соединены последовательно, то сила тока в них одинакова. Поэтому из закона Ома для участка цепи заключаем, что

(ответ 2).

При параллельном соединении ламп (задача 21.2.5) напряжение на них одинаково (см. введение к настоящей главе). Поэтому из закона Ома для участка цепи следует, что

(ответ 1).

Рассматриваемый в задаче 21.2.6 участок представляет собой два последовательных соединенных элемента, один из которых есть резистор 6 Ом, второй — два таких же резистора, соединенных параллельно. По правилам сложения сопротивлений находим эквивалентное сопротивление второго участка

а затем и эквивалентное сопротивление всей цепи

(ответ 3).

При разомкнутом ключе сопротивление участка цепи, данного в задаче 21.2.7, можно найти как в предыдущей задаче , где — сопротивление каждого резистора. Если ключ замкнут, то цепь сводится к одному резистору (т.к. параллельно двум резисторам включается проводник с пренебрежимо малым сопротивлением). Поэтому в этом случае сопротивление цепи равно . Таким образом, сопротивление второй цепи составляет две трети от сопротивления первой (ответ 1).

Как обсуждалось в решении задачи 21.2.2, сопротивление элемента номинальной мощности , работающего в бытовой электросети равна

где В — напряжение сети. Из этой формулы следует, что чем больше номинальная мощность элемента, тем меньше должно быть его сопротивление. Если две лампы накаливания включены последовательно (задача 21.2.8), то сила тока в них одинакова и отношение мощностей тока в этих лампах равно отношению их сопротивлений. Отсюда следует, что отношение реально выделяемых в лампах мощностей и обратно отношению номинальных мощностей этих ламп:

(ответ 2).

Работа, совершаемая электрическим полем в проводнике при протекании по нему электрического тока, превращается в энергию тока, которая затем превращается в тепловую энергию. Поэтому работу поля можно найти из закона Джоуля-Ленца. Для работы поля за время получаем . Из этой формулы находим сопротивление проводника в задаче 21.2.9 —

(ответ 1).

Поскольку при последовательном соединении резисторов ток через каждый из них одинаков, из закона Джоуля-Ленца (22. 8) заключаем, что из двух сопротивлений и (задача 21.2.10; см. рисунок) наибольшей будет мощность тока на сопротивлении , из двух сопротивлений и — на сопротивлении . Сравним мощности тока на этих сопротивлениях. Учитывая, что при параллельном соединении элементов электрическое напряжение на каждом элементе одинаковое, а при последовательном — складываются значения сопротивлений, получим из законов Ома для верхнего и нижнего участков цепи и закона Джоуля-Ленца

где — электрическое напряжение, приложенное ко всей цепи. Поскольку то в представленной схеме наибольшая мощность будет выделяться на сопротивлении (ответ 2).

Законы постоянного тока — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете

• Что общего у электрического тока с водой?
• В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления?
• Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке?
• Фамилия какого ученого стоит миллион?

«Все, кина не будет. Электричество кончилось». Наверное, никого не оставит равнодушным популярная фраза из широко известного фильма «Джентльмены удачи». Ведь действительно: бесит, когда сидишь за просмотром любимого сериальчика, вдруг — бамс! Вырубили свет, и зарядки ноута, как назло, не хватило. И не выработаешь электричество в домашних условиях, а жаль… Но вот понять, как оно работает — это мы сможем сделать в статье.

Электрический ток

В наше время трудно себе представить жизнь без электричества. Телевизор не посмотреть, телефон не зарядить, чай не попить… Ни один электроприбор в доме не будет работать без электричества. А объявление об отключении электроэнергии, вызывает тихий ужас.

Электричество — это форма энергии, которая существует в виде статических или подвижных электрических зарядов.

Что общего у электрического тока с водой? Поток. И то и другое представляет собой направленное движение частиц. Из чего состоит вода? Из молекул. Когда эти молекулы движутся в одном направлении, то они образуют поток воды, который течет, например, по трубам. Так же и электрический ток. Он образуется потоком заряженных частиц, которые движутся по проводам.

Сформулируем определение:

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Чтобы электрический ток существовал, необходимо выполнение следующих условий:

• наличие свободных заряженных частиц;
• наличие электрического поля;
• наличие замкнутой электрической цепи.

Основными количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и напряжение.

Напряжение

Чтобы внутри цепи существовал электрический ток, цепь должна быть замкнута и между концами участка цепи должно существовать напряжение.

Напряжение  — скалярная (не имеющая направления) физическая величина, значение которой равно работе тока на участке цепи, совершаемой при переносе единичного электрического заряда из одной точки в другую.

\(U = \frac{A}{q}\), где  U — напряжение (В), A — работа тока на участке цепи (Дж),  q — электрический заряд (Кл).

Единица измерения U — В (Вольт) = \(\frac{Дж}{Кл}\)

Электрический ток – результат “труда” множества частиц. Они любят работать – не ленятся перемещаться из одного конца цепи в другой. И чем больше они будут работать, тем большее напряжение получится. Так запоминаем связь напряжения (U) с работой (A).

Услышав слова из известной песни Димы Билана «Это ты, это я, между нами молния, С электрическим разрядом 220 Вольт…» любой физик (и электрик) приобретает новую пару седых волосинок. Такое напряжение очень опасно для человека. Однако, 220 Вольт — это то самое напряжение в наших розетках!

Прибор для измерения напряжения — вольтметр. Он включается в цепь параллельно. Пример подключения представлен на рисунке:

Сила тока

Это еще одна немаловажная характеристика электрического тока.

Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени . 

\(I = \frac{q}{t}\), где I — сила тока (А), q — электрический заряд (Кл),  t — время (с).

Единица измерения I — А (ампер) = \(\frac{Кл}{с}\).

Представим, что внутри проводника «бежит» в одном направлении огромное количество заряженных частиц. Так вот, чем больше общий заряд частиц, пробегающих через поперечное сечение проводника за единицу времени, тем больше будет значение силы тока. Это поможет вам запомнить зависимость силы тока (I) от электрического заряда (q).

Прибор для измерения силы тока — амперметр. Он включается в цепь последовательно. Пример подключения представлен на рисунке:

Направление тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Давайте разберемся, как можно определить направление тока в цепи на примере.

Задача. На рисунке изображена электрическая цепь с источником тока и сопротивлением R. Определите направление тока в данной цепи (по часовой стрелке/против часовой стрелки).

Решение:

Обратите внимание, «большая» пластина реостата расположена справа (именно она и направляет ток), а «маленькая» слева. Положительно заряженные частицы двигаются от катода к аноду (от положительно заряженной пластинки к отрицательно заряженной), а направление тока всегда совпадает с направлением положительно заряженных частиц. Значит, ток в цепи направлен по часовой стрелке.

Ответ: по часовой стрелке

Электрическое сопротивление

Оно является электрической характеристикой проводника. 2\)/ мСеребро0,0015Медь0,018Золото0,023Алюминий0,029Вольфрам0,055Железо0,098

В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления? Сопротивление — это внешнее свойство, зависящее от количества присутствующего материала, от геометрических характеристик проводника и от самого материала, из которого сделан проводник.  Удельное сопротивление — это внутреннее свойство проводника, которое не зависит от его размера, а зависит от химического состава вещества и температуры. Условно можно сказать, что сопротивление — это свойство проводника, а удельное сопротивление — свойство материала.

Получается, что прежде всего на то, каким будет сопротивление, влияют размеры проводника, его форма, материал, из которого он сделан. 

Удельное сопротивление проводника зависит также от температуры. Когда температура твердых тел увеличивается, то удельное сопротивление возрастает. А в растворах и расплавах — наоборот, уменьшается. В экзаменационных задачах случаи с изменением удельного сопротивления не рассматриваются, а вот в олимпиадных задачах такое встретить можно.

Давайте поразмышляем: что чему сопротивляется? 

Причина электрического сопротивления кроется во взаимодействии зарядов разного знака при протекании тока по проводнику. Это взаимодействие можно сравнить с силой трения, стремящейся остановить движение заряженных частиц.

Чем сильнее взаимодействие свободных электронов с положительными ионами в узлах кристаллической решетки проводника, тем больше сопротивление проводника.

Проводник с определенным постоянным сопротивлением называется резистор.

Вернемся к сравнению электрического тока с водой: как молекулы воды из крана движутся сверху вниз, так и электрический ток имеет определенное направление — от катода к аноду. Электрический заряд условно в нашем примере аналогичен массе воды, а напряжение — напору воды из крана.

Закон Ома

Сила тока, напряжение и сопротивление связаны между собой соотношением, которое называется закон Ома:

\(I = \frac{U}{R}\) , где  I — сила тока (А), U — напряжение (В),  R — сопротивление (Ом).

Для упрощенного понимания закона Ома можно использовать данный треугольник. Чтобы вспомнить формулу для нахождения той или иной величины, нужно ее закрыть рукой. Если оставшиеся открытыми величины стоят бок о бок, то они перемножаются друг с другом (U=IR). А если одна величина стоит выше другой, то в таком случае мы делим их друг на друга (I=U/R или R=U/I)

Данный закон справедлив для участка цепи, на который не действуют сторонние силы.

Разберем задачу из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ (номер 12).

Ниже на рисунке приведена схема электрической цепи, в которой провода можно считать идеальными. Определите сопротивление резистора, если показания амперметра 0,2 А, а вольтметра — 8 В.

Решение:
Вольтметр подключен параллельно резистору. Следовательно, он показывает напряжение на резисторе U. 

Амперметр подключен последовательно. Следовательно, он показывает силу тока I на всей цепи. 

Чтобы найти сопротивление на резисторе, воспользуемся законом Ома: 
I=\(\frac{U}{R}\), где R — сопротивление резистора.

Выразим R и подставим значения:
R=\(\frac{U}{I}\)
R=\(\frac{8}{0,2}\)=40 (Ом)

Ответ: 40

Работа и мощность электрического тока

Вернемся к понятию работы. Мы говорили, при перемещении заряда по проводнику электрическое поле совершает работу (А):

A = qU

Если мы выразим заряд из формулы силы тока q=It, то получим, формулу для расчета работы электрического поля (А) при протекании постоянного тока (или просто работа тока):

А = UIt , где A — работа электрического тока (Дж), U — напряжение (В), I — сила тока (А), t — время прохождения тока (с).

Единица измерения А — Дж (Джоуль).

В быту ток совершает работу длительное время, поэтому при определении затраченной электрической энергии используют единицу измерения кВт * ч. Киловатт в час — это энергия, которая потребляется устройством мощностью 1 кВт в течении 1 часа. Учитывая, что 1 ч=3600 с, получим:

1 кВт*ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж = 3600 кДж

Если же работу тока рассчитать за единицу времени, то мы получим мощность постоянного электрического тока.

Мощность — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии.

\(P = \frac{A}{t}\) , где  P — мощность (Вт), A — работа электрического тока (Дж),  t — время прохождения тока (с).

Единица измерения P — Вт (Ватт).

Средняя мощность тока равна:

\(P = \frac{A}{t} = \frac{qU}{t} = IU = \frac{U^2}{R} = I^2R\)

Теперь мы знаем все про мощность и работу тока, а значит, нужно отработать это на практике. Тем более что такие задачи встречаются в ЕГЭ (номер 12).

Задача.
Какую работу совершит электрический ток в электродвигателе вентилятора за 20 мин., если сила тока в цепи 0,2 А, а напряжение 12 В?

Решение.
Вспомним формулу для работы тока  A=U*I*t , где U=12 В — напряжение в электродвигателе, I=0,2 A — сила тока, t=20 мин=1200 с — время.

Все данные нам уже известны, поэтому можем подставить их в формулу для работы тока и получить ответ.

A=12*0,2*1200=2880 Дж

Ответ: 2880 Дж

Мощность электроприбора всегда указывается в документации, прилагающейся к нему. Кроме того, нередко ее пишут на самом приборе. Давайте посмотрим на утюг, или стиральную машину дома. Мы увидим, что утюг имеет мощность 1000 Вт, а обычная энергосберегающая лампочка, всего 40 Вт (на то она и сберегающая). Чем больше мощность прибора, тем больше энергии он будет потреблять. Примеры мощностей различных приборов представлены на рисунке.

Закон Джоуля — Ленца

Теперь же свяжем работу тока и теплоту, которая выделяется на проводнике за некоторое время t.

Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке? Когда приборы подключены в сеть, мы можем заметить, что они нагреваются. Очень часто это наблюдается, когда телефон подключен на зарядку, а мы продолжаем по нему звонить, использовать интернет и прочее. Это плохо влияет на телефон: перегрев батареи и корпуса могут быстрее привести девайс в негодность.

Почему так происходит?

Электрический ток оказывает тепловое действие на проводник. Количество теплоты, которое при этом выделяется, будет рассчитываться по закону Джоуля — Ленца:

Количество теплоты, выделяемое за время в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления проводника:

Q = I2Rt , где  Q — количество теплоты (Дж), I — работа электрического тока (Дж),  R — сопротивление (Ом), t — время прохождения тока (с).

Единица измерения Q — Дж (Джоуль).

В электронагревательных приборах используются проводники с высоким сопротивлением, что обеспечивает выделение тепла на определенном участке. 

Так, проволоку из нихрома (сплав никеля с хромом) применяют в электронагревательных элементах, работающих при температуре до 1000 ℃ (резисторах, например). Нихром относится к классу сплавов с высоким электрическим сопротивлением, что определяет его применение в качестве электрических нагревателей. Этот сплав используется также в печах обжига и сушки и различных аппаратах теплового воздействия, например, в фенах, паяльниках или обогревателях.

Фамилия какого ученого стоит миллион? Кто первый ввел понятие «электрический ток» в науку? Ответ: Андре-Мари Ампер.  Такой был финальный вопрос (ценой в 1 000 000) в игре «Кто хочет стать миллионером?» от 20 января 2018 г. Но участники не смогли ответить на него, и мечту получить свой миллион не исполнили.

Еще немного про электричество…

• Постоянный электрический ток используется в работе двигателей электротранспорта, схемах автомобилей, электронике и др.
• Электричество есть и в нашем организме. Мышечные клетки сердца при сокращении производят электроэнергию, эти импульсы можно измерить с помощью электрокардиограммы (ЭКГ).
• Бенджамин Франклин (да-да, президент Америки) провел множество опытов в 18 веке и создал громоотвод. Также он является человеком, который вывел закон сохранения электрического заряда.
• В древности люди считали, что, если молния ударила в курган, значит, там зарыто сокровище.

Термины

Источник тока — устройство, разделяющее положительные и отрицательные заряды.

Сторонние силы — силы неэлектрического происхождения, вызывающие разделение зарядов в источнике тока.

Фактчек

• Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени: \(I = \frac{q}{t}\)
• Напряжение — скалярная физическая величина, равная отношению полной работы кулоновских и сторонних сил А при перемещении положительного заряда на участке цепи к значению этого заряда: \(U = \frac{A}{q}\)
• Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи: \(R = \frac{pl}{S}\)
• Мощность  — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии: \(P = \frac{A}{t}\)
• Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении: \(I = \frac{U}{R}\).
• Закон Джоуля— Ленца: количество теплоты Q, выделяемое за время t  в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока I на этом участке и сопротивления R проводника: Q = I²Rt.
• Работа электрического поля при протекании постоянного тока (или просто работа тока): А = UIt.

Проверь себя

Задание 1.
Упорядоченное движение заряженных частиц — это:

1. электрическое поле
2. электрический ток
3. электрическая мощность
4. работа тока

Задание 2.
Удельное сопротивление проводника:

1. зависит от температуры
2. не зависит от температуры 
3. зависит от силы протекающего через проводник тока
4. не зависит от напряжения

Задание 3.
Формула для расчета силы тока:

1. I = Ut
2. I = UIt
3. I = I²Rt
4. \(I = \frac{q}{t}\)

Задание 4. 
Что такое мощность электрического тока:

1. работа за единицу времени
2. отношение заряда к единице времени
3. произведение силы тока на сопротивление
4. тепло, выделяемое на резисторе

Задание 5.  
Причина электрического сопротивления:

1. во взаимодействии зарядов одинакового знака
2. в отсутствии взаимодействия между зарядами
3. во взаимодействии зарядов разного знака
4. в передаче тепла

Ответы: 1.— 2; 2. — 1; 3.— 4; 4.— 1; 5. — 3.

ток. Почему резистор снижает напряжение, если V=IR?

спросил 7 лет, 2 месяца назад

Изменено 7 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 55 тысяч раз

\$\начало группы\$

Я уверен, что это очень простой вопрос, но я уже давно не понимаю эту тему. По закону Ома сопротивление напрямую зависит от напряжения. Это означает, что если сопротивление увеличивается, напряжение увеличивается. .. Но очевидно, что на самом деле это не так. Если я добавлю в цепь резистор, напряжение уменьшится. Я слышал, что это потому, что резистор уменьшает ток, что, по сути, снижает напряжение, однако я не понимаю, как это математически согласуется с тем, что я сказал ранее.

• напряжение
• ток
• сопротивление
• основное
• закон Ома

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

По закону Ома сопротивление прямо зависит от напряжения

Вы должны читать это по-другому. Напряжение напрямую зависит от тока. «R» — это константа пропорциональности, указывающая, насколько она изменяется.

Если я добавляю резистор в цепь, напряжение уменьшается.

Если в цепи есть резистор, через который протекает ток, на резисторе будет падать напряжение (согласно закону Ома). Если резистор включен последовательно с каким-либо другим элементом, и они вместе питаются от источника постоянного напряжения, то падение напряжения на резисторе означает, что для другого элемента схемы доступно меньшее напряжение. Это не означает, что напряжение источника уменьшилось.

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Это не закон Ома.

Закон Ома: R = V/I, или отношение напряжения к току является константой.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Если у вас есть источник постоянного тока, проходящий через резистор, то да, увеличение номинала резистора приведет к увеличению падения напряжения на нем.

Закон Ома определяет сопротивление как отношение напряжения к току, как R = V/I.

Ни один из них не обязательно является постоянным, все три являются переменными. При определенных обстоятельствах вы можете считать один или два из них постоянными или почти постоянными. Но закон Ома всегда дает соотношение.

Имейте в виду, что вы можете измерить напряжение на клеммах резистора с помощью мультиметра. Ток, протекающий через резистор, можно измерить мультиметром. Но сопротивление, внутреннее вещество, происходящее внутри компонента, которое приводит к соотношению, не может быть измерено независимо. Сопротивление определил как отношение напряжения на клеммах к сквозному току, вы должны выполнить оба измерения и суммировать. Это то, что делает мультиметр при измерении сопротивления.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я подчеркну эти моменты, исходя из вашего вопроса

«Согласно закону Ома, сопротивление напрямую зависит от напряжения. Это означает, что если сопротивление увеличивается, напряжение увеличивается»

Да, это правда, т. е. падение напряжения на резисторе увеличивается, скажем, если вы соедините резистор 1k и 10k последовательно, падение напряжения на 10k будет больше по сравнению с резистором 1k.

См.: http://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-5/simple-series-circuits/

«Если я добавлю в цепь резистор, напряжение уменьшится».

Абсолютно нет, добавление резистора в цепь снижает напряжение на ней самой, но теперь на всей цепи, т.е. вы можете получить меньшее напряжение на конкретном УЗЛЕ, но если вы измерите эффективное напряжение, оно будет равно источнику (ИДЕАЛЬНОЕ условие)

См.: http://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-6/voltage-divider-circuits/

И последнее, но не менее важное

«Я слышал, что это потому, что резистор уменьшает ток, что, в свою очередь, снижает напряжение»

То, что вы слышали, неверно, резистор никогда не уменьшает ток, он просто ограничивает ток, т.е. он замедляет скорость электронов, протекающих в цепи , а электрический ток согласно вики равен . Электрический ток представляет собой поток электрического заряда , поэтому, если вы замедляете электроны, это не означает, что вы уменьшаете ток, это просто означает, что вы пропускаете ограниченное количество электронов в секунду через резистор. в то время как остальные электроны рассеивают тепло.

Надеюсь, это поможет,

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Это просто, но это не закон Ома. Пожалуйста, смотрите контекст «Законы Кирхгофа». Этот закон также называют вторым законом Кирхгофа, правилом петли (или сетки) Кирхгофа и вторым правилом Кирхгофа.

\$\конечная группа\$

Почему падение напряжения на сопротивлении противоречит закону Ома?

Во-первых, закон Ома только утверждает, что ток через металлический проводник прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Есть несколько случаев, таких как полупроводники, растворы электролитов, газовые среды, где закон Ома не применяется.

Согласно тому, что я знаю о законе Ома, если увеличить сопротивление, ток уменьшится, а напряжение останется прежним

Да, если источник возбуждения является идеальным источником напряжения, напряжение на сопротивлении останется неизменным независимо от величины сопротивления. Но, если это идеальный источник тока, напряжение будет меняться в зависимости от сопротивления, подключенного к его клеммам, но ток останется постоянным. Оба сценария удовлетворяют закону Ома.

Однако в действительности я знаю, что если бы я «увеличил» сопротивление, напряжение уменьшилось бы.

В данном случае я предполагаю, что вы говорите о реальном источнике напряжения, например, о сухом элементе. И, увеличивая «сопротивление», я могу только предположить, что вы говорите об увеличении нагрузки, поскольку в реальной жизни увеличение сопротивления не уменьшит выходное напряжение реального источника напряжения.
Обратите внимание, что все источники напряжения в реальном мире имеют некоторое внутреннее сопротивление. См. рисунок ниже,

Здесь, когда ток течет в этой цепи, из-за омов некоторое напряжение должно падать на внутреннем сопротивлении r, в результате чего выходное напряжение, то есть напряжение, доступное на клеммах ячейки на сопротивлении R, падает или увеличивается как R уменьшается или увеличивается.

Надеюсь, это прояснит ваши сомнения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Обратите внимание, что схема, которую вы предоставили, является неподходящим методом для измерения напряжения на элементе. вот тебе не измеряет напряжение на сопротивлении, но вы измеряете напряжение a на клеммах элемента, при этом последовательное сопротивление отображается как внутреннее сопротивление элемента. Итак, применять закон Ома так, как вы указали, в этом сценарии неправильно. Помните, что вольтметр подключается параллельно, а амперметр последовательно. Здесь, в этом сценарии, внутреннее сопротивление элемента увеличивается, и он действует как мертвый элемент с уменьшающимся напряжением.