Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік

ЧАСТИНА II ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

Розділ 5. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.

§ 35. ЗАЛЕЖНІСТЬ ОПОРУ ПРОВІДНИКА ВІД ЙОГО ДОВЖИНИ, ПЛОЩІ ПЕРЕРІЗУ ТА МАТЕРІАЛУ

Залежність опору провідника від його геометричних розмірів і речовини, з якої він виготовлений, вперше дослідним способом установив Ом:

R = p. (1)

де R — опір провідника, І - довжина, S - площа поперечного перерізу, р (читається «ро») - коефіцієнт пропорційності, який залежить від матеріалу провідника і називається питомим опором.

З цієї формули випливає:

p = (2)

Вираз (1) ми теж можемо отримати дослідним шляхом. Проробимо такий дослід: у коло джерела струму по черзі вмикатимемо різні провідники: нікелінові провідники однакової товщини, але різної довжини; нікелінові провідники однакової довжини, але різної товщини, і нарешті, нікеліновий і мідний провідники однакової довжини і товщини (рис. 129). Визначивши силу струму і напругу в кожному досліді та обчисливши опір кожного з провідників за формулою (1) побачимо, що: з двох нікелінових провідників з однаковим поперечним перерізом довша має більший опір;

з двох нікелінових провідників однакової довжини більший опір має дротина з меншим поперечним перерізом;

Електричний опір прямо пропорційний довжині провідника, обернено пропорційний площі його поперечного перерізу й залежить від речовини провідника.

За одиницю питомого опору в системі СІ беруть питомий опір провідника завдовжки 1 м, площею поперечного перерізу 1 м2, що має опір 1 Ом:

Оскільки найчастіше площу поперечного перерізу провідника виражають у мм2, користуються і такою одиницею питомого опору:

з двох однакових за розмірами провідників нікеліновий має більший опір, ніж мідний.

Розглянемо значення питомих опорів деяких речовин за кімнатної температури, що подані в таблиці.

Таблиця.

Провідник

р, Ом ∙ м

Алюміній

2,8 ∙ 10-8

Вольфрам

5,5 ∙ 10-8

Графіт

3 ∙ 10-8

Залізо

10 ∙ 10-8

Золото

2,4 ∙ 10-8

Мідь

1,8 ∙ 10-8

Нікелін (сплав)

40 ∙ 10-8

Срібло

1,6 ∙ 10-8

Сталь

12 ∙ 10-8

Цинк

6,1 ∙ 10-8

Фарфор

1013

Ебоніт

1020

Вода (дистильована)

106

Як бачимо, метали (срібло, мідь, золото, алюміній) мають невеликий питомий опір, а найкращі провідники електрики - це срібло і мідь.

В електричних лампах розжарення, електронагрівальних приладах, в яких потрібний великий опір, використовують спеціально створені сплави, що мають питомий опір більший за питомий опір заліза, наприклад, нікелін.

Фарфор та ебоніт мають дуже великий питомий опір у 1020 ∙ 1021 раз більший за питомий опір заліза, тому вони типові діелектрики, практично не проводять електричного струму, їх використовують як ізолятори.

Рис. 129. Установка для визначення залежності опору провідника від його характеристик.

Для ліній електропередачі використовують алюмінієві та мідні проводи, що мають невеликий питомий опір.

Подібно до того, як величина, обернена до опору провідника, називається електропровідністю, величина, обернена до питомого опору, називається питомою електропровідністю.

ПОГЛИБТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

У чому причина електричного опору металів?

Розглянемо природу електричного опору металевих провідників. Якби електрони в провіднику не зазнавали ніяких перешкод під час свого руху, то вони під дією електричного поля рухалися б необмежено довго. Насправді електрони взаємодіють з йонами (атомами) кристалічної ґратки металів, внаслідок чого сповільнюється їх упорядкований рух, і через поперечний переріз провідника проходитиме менша кількість заряджених частинок за одиницю часу, тобто зменшується сила струму. Можна передбачити, що чим довший провідник, тим більше разів електрони, що рухаються впорядковано, взаємодіятимуть з йонами металу, отже, більшим буде і опір. І навпаки, чим більший поперечний переріз провідника, тим з меншими перешкодами рухатимуться впорядковано електрони і тим меншим буде опір. Не виключено й вплив температури провідника, бо із зростанням температури інтенсивнішим стає тепловий рух атомів кристалічної ґратки і, одночасно, електронів, тобто зростатиме кількість зіткнень електронів з йонами ґратки, що також зумовлює зростання опору.

Подумайте і дайте відповідь

1. Як формулюється закон Ома? Про зв’язок яких трьох основних електричних величин йдеться в законі Ома?

2. Що таке електропровідність? В яких одиницях вимірюється електропровідність?

3. Що таке опір провідника? В яких одиницях вимірюється опір?

4. Від чого залежить опір провідника?

5. У яких одиницях виражають питомий опір провідника?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 35.

1. Як зміниться опір металевої дротини, якщо збільшити у 2 рази її довжину? площу поперечного перерізу?

2. Як зміниться опір дротини, якщо одночасно збільшити у 3 рази її довжину і діаметр?

3. При напрузі на кінцях провідника 2 В сила струму в ньому 0,5 А. Якою буде сила струму а провіднику, якщо напруга на його кінцях збільшиться до 4 В?

4. Визначте опір провідника, виготовленого з алюмінієвого дроту завдовжки 80 м і площею поперечного перерізу 0,2 мм2.

5. На рисунку 129 складено електричне коло з нікеліновим провідником завдовжки 120 см і площею поперечного перерізу 1 мм2. Визначте питомий опір нікеліну. Порівняйте з табличним значенням. (Скористайтесь показами приладів: U = 0,5 В, l = 1 А).

Домашнє експериментальне завдання

Ви маєте моток дроту. Запропонуйте метод за допомогою якого ви можете встановити, з якої речовини виготовлений дріт. Які прилади і матеріали вам будуть потрібні? Які вимірювання вам потрібно буде виконати?

Експериментальну перевірку ви можете провести в кабінеті фізики.

Яким способом можна визначити масу мідного дроту (наприклад, довжиною 1 км), якщо Ви маєте джерело струму, амперметр, вольтметр, з’єднувальні провідники.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити