Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 2 ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

§ 39 Електричний опір. Закон Ома для ділянки кола

Ви дізнаєтесь

- Як пов’язані між собою сила струму й електрична напруга

Пригадайте

- Що таке сила струму й електрична напруга

Залежність сили струму в провіднику від напруги.

Ви вже знаєте, що електричний струм у колі — це впорядкований рух заряджених частинок в електричному полі. Водночас дія електричного поля характеризується напругою: що більшою є напруга, то сильніша дія електричного поля на заряджені частинки, які в ньому рухаються. Отже, постає запитання: як залежить сила струму в провіднику від напруги на його кінцях?

Проведемо дослід. Складемо електричне коло, споживачем у якому буде металевий дріт (провідник-спіраль), а джерелом струму — пристрій, на виході якого можна змінювати напругу. Для вимірювання сили струму та напруги на ділянці кола, що містить провідник-спіраль, приєднаємо амперметр і вольтметр (мал. 153, а, с. 184).

Коло постійного струму можна розбити на окремі ділянки. Ті ділянки, що не містять джерел струму, називаються однорідними. Ділянки, що включають джерела струму, називаються відповідно неоднорідними.

Мал. 153. Дослід зі встановлення залежності між силою струму й напругою: а — схема досліду; б — графічне представлення результатів досліду

Замкнемо вимикачем електричне коло. Прилади фіксують деякі значення напруги U1 = 2 В й сили струму І1 = 0,4 А. Збільшимо напругу, що подається на провідник-спіраль, у 2 рази. Амперметр зафіксує відповідне збільшення сили струму в колі вдвічі. Збільшення напруги у 3 рази приведе до збільшення сили струму втричі.

Який висновок можна зробити? У скільки разів збільшується (зменшується) напруга на споживачі, у стільки ж разів збільшується (зменшується) сила струму в ньому.

Графічно це можна зобразити так: на горизонтальній осі у вибраному масштабі відкладемо значення напруги, а на вертикальній — відповідні їм значення сили струму. Нанесемо точки на площину й отримаємо графік лінійної залежності: що більша напруга прикладена до ділянки кола, то більша сила струму в колі (мал. 153, б).

Сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника.

Електричний опір. Змінимо умови досліду — замінимо провідник-спіраль на спіраль лампи розжарювання. За тієї ж напруги 6 В сила струму буде такою малою, що для її вимірювання доведеться замість амперметра ввімкнути міліамперметр, який покаже 12 мА (мал. 154).

Таким чином, сила струму в спіралі лампи буде в 100 разів меншою, ніж у провіднику-спіралі.

Мал. 154. Дослід, що демонструє залежність сили струму від властивостей провідника

Чому в другому випадку сила струму значно менша, ніж у першому? Можна припустити, що сила струму в колі залежить від властивостей провідника, увімкненого в коло. Спіраль електричної лампи чинить більший спротив напрямленому руху заряджених частинок, ніж провідник-спіраль. Кажуть, що вона має більший електричний опір.

Електричний опір — це фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму.

Електричний опір позначають літерою R. Одиницею електричного опору є ом (Ом).

Увівши таку величину, можна стверджувати, що залежність сили струму від властивостей провідника пояснюється тим, що різні провідники мають різний електричний опір. Умикатимемо в електричне коло по черзі провідники, що мають опори 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом. Зафіксувавши напругу, наприклад 2 В, вимірюватимемо щоразу силу струму в колі. Амперметр, відповідно, буде показувати 2 А, 1 А, 0,7 А. Побудуємо графік залежності сили струму в провіднику від опору провідника за сталої напруги на його кінцях (мал. 155).

Отримали графік оберненої залежності: що більшим є опір провідника, то менша сила струму в ньому.

Сила струму в провіднику обернено пропорційна опору провідника.

Закон Ома. З дослідів встановлено, що сила струму в однорідній ділянці електричного кола прямо пропорційна напрузі на цій ділянці й обернено пропорційна її електричному опору. Цю залежність уперше експериментально встановив у 1826 р. німецький учений Георг Ом, і вона отримала назву «Закон Ома для ділянки кола»: сила струму в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки та обернено пропорційна її електричному опору:

I = .

За законом Ома можна розрахувати силу струму на ділянці кола I = , напругу на її кінцях U = I ∙ R та опір ділянки кола R = .

Мал. 155. Графік залежності сили струму від опору

Зверніть увагу! Електричний опір характеризує протидію електричному струму в певному середовищі. У з’єднувальних провідниках така протидія незначна, тому під час розв’язування задач опором з’єднувальних провідників ми будемо нехтувати. Електричним опором характеризуються й вимірювальні прилади. Будь-який вимірювальний прилад під час вмикання в коло не повинен впливати на значення вимірюваної величини. Тому амперметр конструюють так, щоб його електричний опір був якомога меншим, натомість опір вольтметра — якомога більшим.

І найголовніше. Якщо замкнути електричне коло, що не міститиме споживача, може настати коротке замикання. Це випадок, за якого електричний опір у колі дуже малий, і сила струму набуває великих значень. Як наслідок, вийдуть із ладу амперметр і джерело струму, а з’єднувальні провідники сильно нагріються й можуть загорітися і стати причиною пожежі.

Підбиваємо підсумки

- Електричний опір — це фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму.

- Залежність сили струму від напруги на кінцях ділянки кола та опору цієї ділянки називається законом Ома для ділянки кола: сила струму в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки та обернено пропорційна її опору, I = .

Я знаю, вмію й розумію

1. Як залежить сила струму в провіднику від напруги на кінцях провідника?

2. Опишіть досліди, які показують, що сила струму в електричному колі залежить від властивостей провідника.

3. Що називають електричним опором?

4. Що є причиною електричного опору провідника? Яку властивість провідника характеризує його електричний опір?

5. Сформулюйте закон Ома для ділянки кола.

ПОЯСНІТЬ

1. Проаналізуйте формулу R = .

Чи можна вважати, що опір ділянки електричного кола залежить від сили струму в ній та напруги на її кінцях? Поясніть.

2. Чи можна від батареї акумуляторів напругою 12 В отримати у провіднику силу струму 140 мА, якщо опір провідника дорівнює 100 Ом?

Вправа 17

1. Електрична плитка розрахована на напругу 220 В. Опір її спіралі дорівнює 73,3 Ом. Визначте силу струму в ній.

2. Визначте силу струму в електричній лампі, якщо опір нитки розжарювання дорівнює 15 Ом і приєднана вона до батареї гальванічних елементів напругою 4,5 В.

3. На малюнку 156 зображено графіки залежності сили струму в провіднику від напруги. Поясніть причину розбіжностей значень сили струму на графіках І, ІІ, ІІІ за напруги 2 В. Визначте електричний опір кожного з провідників.

4. У провіднику за 30 хв проходить електричний заряд 1800 Кл. Визначте опір провідника, якщо напруга на ньому 12 В.

5. В електричній лампі, розрахованій на напругу 220 В, сила струму дорівнює 0,5 А. Визначте опір нитки лампи в робочому стані.

Мал. 156. До завдання 3





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