Информация о материале

Просмотров: 71

Электрическое поле действует на свободные заряды в проводнике, заставляя их перемещаться. В результате в проводнике возникает ток, а электрическое поле совершает работу. Характеристиками тока и поля являются сила тока и напряжение. Можно предположить, что они связаны между собой.

Соберём цепь, которая состоит из регулируемого источника тока (позволяет обеспечить разные напряжения), амперметра, проводника, присоединённого к нему вольтметра и ключа. Амперметр показывает силу тока, проходящего по проводнику, вольтметр  — напряжение на концах проводника. Будем изменять подаваемое напряжение и отмечать показания вольтметра и амперметра.

В таблице приведены результаты опытов по изучению зависимости силы тока от напряжения для двух различных металлических проводников.

Как видно из таблицы, при увеличении подаваемого напряжения сила тока растёт, причём отношение напряжения к силе тока остаётся постоянным для данного проводника. Для первого проводника оно равно 2 В/А , для второго — 5 В/А . Следовательно, отношение U/I является характеристикой самого проводника. При одном и том же напряжении сила тока во втором проводнике меньше, чем в первом.

Говорят, что второй проводник оказывает большее сопротивление прохождению электрического тока, чем первый.

Физическую величину, равную отношению напряжения U на концах проводника к силе тока I, проходящего по нему, называют электрическим сопротивлением R проводника.

Сопротивление характеризует свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока.

В СИ единица сопротивления  — ом (Ом). Она названа в честь немецкого учёного Георга Ома.

Сопротивлением 1  Ом обладает проводник, в  котором сила тока равна 1 А при напряжении на концах проводника 1 В.

1 Ом = 1 В/А

Сопротивления проводников, которые использовались в опытах, равны 2 и 5 Ом. На рисунке представлены графики зависимости силы тока от напряжения для каждого из них. Данную зависимость называют вольт-амперной характеристикой. Сила тока I прямо пропорциональна напряжению U, а коэффициентом пропорциональности является 1/R.

Закон, устанавливающий зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка, называют законом Ома для участка цепи:

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

Согласно закону Ома, при заданном напряжении сила тока тем меньше, чем больше сопротивление проводника. Следовательно, увеличение сопротивления означает увеличение помех, которые испытывают заряженные частицы, двигаясь по проводнику. Чем вызваны эти помехи?

Двигаясь упорядоченно, свободные электроны сталкиваются с ионами, расположенными в узлах кристаллической решётки металла. Этими столкновениями, затрудняющими перемещение электронов, и объясняется свойство проводника препятствовать прохождению тока.

Информация о материале

Просмотров: 98

При прохождении электрического тока по металлическому проводнику свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решётки. Это замедляет движение электронов и  препятствует прохождению тока.

Электрическое сопротивление — это свойство проводника препятствовать потеканию в нём тока.

Сопротивление проводника зависит от нескольких причин. Например, от его геометрии (длины и площади поперечного сечения), от материала, из которого он изготовлен. Это и понятно: ионы кристаллической решётки различных металлов имеют разные заряды, они находятся на разных расстояниях друг от друга, а  значит, свободные электроны по-разному с  ними взаимодействуют при движении по проводнику.

Опыты по проверке зависимостей

Проведём опыт 1: сравним сопротивления двух проводников с одинаковой площадью поперечного сечения (толщиной), состоящих из одного вещества (никеля), но разной длины;

Вывод: сопротивление проводника прямо пропорционально его длине;

Проведём опыт 2: сравним сопротивления двух проводников одинаковой длины, состоящих из одного вещества (никеля), но с разной площадью поперечного сечения;

Вывод: сопротивление проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения;

Проведём опыт 3: сравним сопротивления двух проводников одинаковой длины, с одинаковой площадью поперечного сечения, но состоящих из различных веществ (никеля и нихрома).

Вывод: сопротивление проводника зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник.

Физическую величину, показывающую, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 м², изготовленный из данного вещества, называют удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление обозначают греческой буквой ρ («ро»).

Тогда удельное сопротивление можно найти по формуле:

Единица измерения удельного сопротивления Ом⋅мм²/м.

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ (при t = 20ºC)

Информация о материале

Просмотров: 41

Заряженные частицы движутся в проводнике под действием сил со стороны электрического поля. При этом поле совершает работу, а энергия электрического поля превращается в другие виды: механическую, внутреннюю, химическую.

Выясним, от чего зависит величина совершаемой полем работы.

Сравним свечение ламп, подключённых один раз к батарейке, а другой к обычной розетке городской сети. Обратим внимание на то, что показания амперметров в этих цепях одинаковы, значит, силы тока в лампах равны.

Несмотря на то, что через лампы проходит один и тот же заряд за одинаковое время, в случае правой лампы работа поля больше.

Чем больше время протекания тока, тем больше работа поля и перенесённый заряд. При этом отношение работы поля к перенесённому заряду не зависит от заряда. Оно является энергетической характеристикой самого электрического поля.

Эту физическую величину называют электрическим напряжением (или просто напряжением).

Отношение работы электрического поля по перемещению электрического заряда между двумя точками цепи к этому заряду называют напряжением между данными точками.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении из одной точки в другую заряда, равного 1 Кл.

1 B = 1 Дж/Кл

На батарейках обычно пишут напряжение, которое они создают.

В источнике тока происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. Вследствие этого на полюсах источника существует напряжение. Когда полюсы источника тока соединяют проводником, напряжение возникает на концах проводника. Этим обеспечивается существование в проводнике электрического тока.

Измерение напряжения

Измеряется напряжение вольтметром, принцип работы и устройство которого похожи на гальванометр и амперметр. Шкала вольтметра градуируется в вольтах, на ней ставят букву V. Вольтметр измеряет напряжение на участке цепи, параллельно которому он подключён. Клемму вольтметра со знаком «+» надо соединить с  проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

Пример подключения вольтметра и амперметра в цепь.

Несколько вольтметров в цепи.

Информация о материале

Просмотров: 150