Lekcija bo razpravljala o odvisnosti jakosti toka v vezju od napetosti in predstavila tak koncept, kot je upor prevodnika in enota za merjenje upora. Upoštevali bomo različno prevodnost snovi ter razloge za njen nastanek in odvisnost od strukture. kristalna mreža snovi.
Tema: Elektromagnetni pojavi
Lekcija: Električni upor dirigent. Enota upora
Za začetek vam bomo povedali, kako smo prišli do takšne fizikalne količine, kot je električni upor. Pri študiju principov elektrostatike je bilo že govora o tem različne snovi imajo različne prevodne lastnosti, to je prepustnost prostih nabitih delcev: kovine imajo dobro prevodnost, zato jih imenujemo prevodniki, les in plastika sta izredno slabi, zato jih imenujemo neprevodniki (dielektriki). Takšne lastnosti so razložene s funkcijami molekularna struktura snovi.
Prve poskuse o preučevanju lastnosti prevodnosti snovi je izvedlo več znanstvenikov, v zgodovino pa so vstopili poskusi nemškega znanstvenika Georga Ohma (1789-1854) (slika 1).
Ohmovi poskusi so bili naslednji. Uporabil je vir toka, napravo, ki je lahko registrirala jakost toka, in različne prevodnike. S povezovanjem različnih vodnikov v sestavljeno električno vezje se je prepričal o splošnem trendu: s povečanjem napetosti v vezju se je povečal tudi tok. Poleg tega je Ohm opazil zelo pomemben pojav: pri povezovanju različnih prevodnikov se je odvisnost povečanja jakosti toka z naraščajočo napetostjo pokazala na različne načine. Grafično lahko takšne odvisnosti prikažemo kot na sliki 2.
riž. 2.
Na grafu je na abscisni osi narisana napetost, na ordinatni osi pa jakost toka. V koordinatnem sistemu sta dva grafa, ki prikazujeta, da lahko v različnih tokokrogih tok narašča z različnimi stopnjami, ko se napetost povečuje.
Kot rezultat poskusov Georg Ohm sklepa, da imajo različni prevodniki različne prevodne lastnosti. Zaradi tega je bil uveden koncept električnega upora.
Opredelitev. Imenuje se fizikalna količina, ki označuje lastnost prevodnika, da vpliva na električni tok, ki teče skozi njega električni upor.
Imenovanje:R.
Enota: Ohm.
Kot rezultat zgornjih poskusov je bilo ugotovljeno, da je razmerje med napetostjo in jakostjo toka v tokokrogu odvisno ne le od snovi prevodnika, temveč tudi od njegove velikosti, o čemer bomo razpravljali v ločeni lekciji.
Oglejmo si podrobneje nastanek takega pojma, kot je električni upor. Do danes je njegova narava precej dobro pojasnjena. V procesu gibanja prostih elektronov nenehno sodelujejo z ioni, ki so del strukture kristalne mreže. Tako upočasnitev gibanja elektronov v snovi zaradi trkov z vozlišči kristalne mreže (atomov) povzroči manifestacijo električnega upora.
Poleg električnega upora je uvedena še ena z njim povezana količina - električna prevodnost, ki je medsebojno inverzna uporu.
Opišimo odvisnosti med količinami, ki smo jih predstavili v zadnjih nekaj urah. Vemo že, da z naraščanjem napetosti narašča tudi tok v tokokrogu, torej so sorazmerni:
Po drugi strani pa s povečanjem upora prevodnika opazimo zmanjšanje jakosti toka, tj. so obratno sorazmerne:
Poskusi so pokazali, da ti dve razmerji vodita do naslednje formule:
Zato lahko iz tega razberemo, kako je izražen 1 Ohm:
Opredelitev. 1 ohm - tak upor, pri katerem je napetost na koncih prevodnika 1 V, tok na njem pa 1 A.
Upornost 1 ohma je zelo majhna, zato se v praksi praviloma uporabljajo vodniki z veliko večjim uporom 1 kOhm, 1 MΩ itd.
Na koncu lahko sklepamo, da so jakost toka, napetost in upor medsebojno povezane količine, ki vplivajo druga na drugo. O tem bomo podrobneje govorili v naslednji lekciji.
Bibliografija
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizika 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A. V. Fizika 8. - M .: Bustard, 2010.
- Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fizika 8. - M .: Izobraževanje.
Dodatna strpriporočene povezave do internetnih virov
- Šola za električarja ().
- Elektrotehnika ().
Domača naloga
- Stran 99: vprašanja št. 1-4, vaja št. 18. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M .: Bustard, 2010.
- Če je napetost na uporu 8 V, je tok 0,2 A. Pri kateri napetosti bo tok v uporu 0,3 A?
- Električno žarnico smo priključili na omrežje 220 V. Kolikšen je upor žarnice, če pri zaprtem ključu ampermeter, priključen na tokokrog, kaže 0,25 A?
- Pripravite poročilo o življenjepisu in znanstvenih odkritjih znanstvenikov, ki so začeli preučevati zakone enosmernega toka.
Slika 33 prikazuje električni krog, ki vključuje ploščo z različnimi vodniki. Ti vodniki se med seboj razlikujejo po materialu, pa tudi po dolžini in površini preseka. Če povežete te vodnike po vrsti in opazujete odčitke ampermetra, lahko vidite, da je pri istem viru toka moč toka v različne priložnosti se izkaže za drugačno. S povečanjem dolžine prevodnika in zmanjšanjem njegovega preseka se tok v njem zmanjša. Zmanjša se tudi pri zamenjavi nikljeve žice z žico enake dolžine in preseka, vendar iz nikroma. To pomeni, da imajo različni prevodniki različno odpornost proti toku. Ta protiučinek nastane zaradi trkov tokovnih nosilcev s prihajajočimi delci snovi.
Fizikalna količina, ki označuje upor, ki ga povzroča prevodnik električni tok, označen s črko R in se imenuje električni upor(ali preprosto odpornost) dirigent:
R je upor.
Enota upora se imenuje ohm(Ohm) v čast nemškemu znanstveniku G. Ohmu, ki je ta koncept prvi uvedel v fiziko. 1 Ohm je upornost takega prevodnika, v katerem je pri napetosti 1 V moč toka 1 A. Z uporom 2 Ohma bo jakost toka pri isti napetosti 2-krat manjša z uporom 3 Ohme, 3-krat manj itd.
V praksi obstajajo tudi druge enote upora, kot sta kilo-ohm (kOhm) in mega-ohm (MOhm):
1 kOhm = 1000 Ohm, 1 MOhm = 1000 OOO Ohm.
Upornost homogenega prevodnika s konstantnim prerezom je odvisna od materiala prevodnika, njegove dolžine l in površine preseka S in jo lahko ugotovimo s formulo
R = ρl/S (12.1)
kjer je p - upornost snovi iz katerega je izdelan prevodnik.
Upornost snovi so fizikalna količina, ki prikazuje, kakšen upor ima prevodnik enote dolžine in površine enote preseka iz te snovi.
Iz formule (12.1) sledi, da
Ker je v SI enota upora 1 Ohm, enota za površino 1 m 2 in enota za dolžino 1 m, bo enota upornosti v SI
1 Ohm m 2 /m ali 1 Ohm m.
V praksi je površina preseka tankih žic pogosto izražena v kvadratnih milimetrih (mm2). V tem primeru je primernejša enota upornosti Ohm mm 2 /m. Ker je 1 mm 2 \u003d 0,000001 m 2, torej
1 ohm mm 2 / m = 0,000001 ohm m.
Različne snovi imajo različne upornosti. Nekateri izmed njih so prikazani v tabeli 3. 
Vrednosti v tej tabeli se nanašajo na temperaturo 20 °C. (S spremembo temperature se upor snovi spremeni.) Na primer, upornost železa je 0,1 Ohm mm 2 /m. To pomeni, da če je žica s presekom 1 mm 2 in dolžino 1 m izdelana iz železa, bo pri temperaturi 20 ° C imela upornost 0,1 Ohm.
Tabela 3 kaže, da imata srebro in baker najnižjo upornost. To pomeni, da so te kovine najboljši prevodniki električnega toka.
Iz iste tabele je razvidno, da imajo, nasprotno, snovi, kot sta porcelan in ebonit, zelo visoko upornost. To jim omogoča, da se uporabljajo kot izolatorji.
1. Kaj označuje in kako se kaže električni upor? 2. Kakšna je formula za upornost prevodnika? 3. Kako se imenuje enota upora? 4. Kaj kaže upornost? Katero črko pomeni? 5. V katerih enotah se meri upornost? 6. Obstajata dva prevodnika. Katera od njih ima večji upor, če: a) imata enako dolžino in površino preseka, vendar je ena iz konstantana, druga pa iz fehrala; b) izdelani iz iste snovi, imajo enako debelino, vendar je eden od njih 2-krat daljši od drugega; c) so iz iste snovi, imajo enako dolžino, vendar je eden od njih 2-krat tanjši od drugega? 7. Prevodniki, obravnavani v prejšnjem vprašanju, so po vrsti povezani z istim virom toka. V katerem primeru bo tok večji, v katerem manjši? Naredite primerjavo za vsak par obravnavanih vodnikov.
Pri zapiranju električni tokokrog, na sponkah katerih obstaja potencialna razlika, nastane električni tok. Prosti elektroni se pod vplivom sil električnega polja premikajo po prevodniku. Pri svojem gibanju elektroni trčijo ob atome prevodnika in jim dajejo rezervo svoje energije. kinetična energija. Hitrost gibanja elektronov se nenehno spreminja: ko elektroni trčijo z atomi, molekulami in drugimi elektroni, se zmanjša, nato pa pod vplivom električno polje poveča in spet zmanjša ob novem trku. Zaradi tega se v prevodniku vzpostavi enakomeren tok elektronov s hitrostjo nekaj delcev centimetra na sekundo. Posledično elektroni, ki gredo skozi prevodnik, vedno naletijo na upor z njegove strani za njihovo gibanje. Ko gre električni tok skozi vodnik, se slednji segreje.
Električni upor
Električni upor prevodnika, ki je označen latinska črka r, je lastnost telesa ali medija, da pretvarja električno energijo v toplotno energijo, ko skozi njega teče električni tok.
V diagramih je električni upor prikazan, kot je prikazano na sliki 1, A.
Spremenljivi električni upor, ki služi za spreminjanje toka v tokokrogu, se imenuje reostat. V diagramih so reostati označeni, kot je prikazano na sliki 1, b. IN splošni pogled Reostat je izdelan iz žice enega ali drugega upora, navite na izolacijsko podlago. Drsnik ali vzvod reostata se postavi v določen položaj, zaradi česar se v vezje vnese želeni upor.
Dolg vodnik majhnega preseka ustvarja visoko odpornost proti toku. Kratki vodniki velikega preseka imajo majhno odpornost proti toku.
Če vzamemo dva prevodnika iz različnih materialov, vendar enake dolžine in preseka, potem bodo vodniki prevajali tok na različne načine. To kaže, da je upor prevodnika odvisen od materiala samega prevodnika.
Temperatura prevodnika vpliva tudi na njegovo odpornost. Z naraščanjem temperature se odpornost kovin poveča, odpornost tekočin in premoga pa zmanjša. Samo nekatere posebne kovinske zlitine (manganin, konstantan, nikelin in druge) skoraj ne spremenijo svoje odpornosti z naraščajočo temperaturo.
Torej, vidimo, da je električni upor prevodnika odvisen od: 1) dolžine prevodnika, 2) prereza prevodnika, 3) materiala prevodnika, 4) temperature prevodnika.
Enota upora je en ohm. Om se pogosto označuje z grško veliko črko Ω (omega). Namesto da napišete "Upornost prevodnika je 15 ohmov", lahko preprosto napišete: r= 15Ω.
1000 ohmov se imenuje 1 kiloohm(1kΩ ali 1kΩ),
1.000.000 ohmov se imenuje 1 megaohm(1 mgOhm ali 1 MΩ).
Pri primerjavi odpornosti prevodnikov iz različnih materialov je treba za vsak vzorec vzeti določeno dolžino in odsek. Takrat bomo lahko presodili, kateri material bolje ali slabše prevaja električni tok.
Video 1. Upor prevodnika
Specifični električni upor
Imenuje se upor v ohmih prevodnika dolžine 1 m s presekom 1 mm² upornost in je označena z grško črko ρ (ro).
Tabela 1 podaja specifične upore nekaterih vodnikov.
Tabela 1
Upornost različnih vodnikov
Iz tabele je razvidno, da ima železna žica dolžine 1 m in preseka 1 mm² upornost 0,13 ohma. Da bi dobili 1 ohm upora, morate vzeti 7,7 m takšne žice. Srebro ima najmanjšo upornost. 1 ohm upora lahko dobite, če vzamete 62,5 m srebrne žice s presekom 1 mm². Srebro je najboljši prevodnik, vendar cena srebra onemogoča njegovo široko uporabo. Za srebrom v tabeli pride baker: 1 m bakrene žice s presekom 1 mm² ima upornost 0,0175 ohmov. Da bi dobili upor 1 ohm, morate vzeti 57 m takšne žice.
Kemično čist baker, pridobljen z rafinacijo, je našel široko uporabo v elektrotehniki za izdelavo žic, kablov, navitij električnih strojev in aparatov. Aluminij in železo se pogosto uporabljata tudi kot prevodnika.
Upornost prevodnika lahko določimo s formulo:
Kje r- upor prevodnika v ohmih; ρ - specifični upor prevodnika; l je dolžina vodnika v m; S– presek vodnika v mm².
Primer 1 Določite upornost 200 m železne žice s presekom 5 mm².
Primer 2 Izračunajte upornost 2 km aluminijaste žice s presekom 2,5 mm².
Iz formule za upor lahko preprosto določite dolžino, upornost in presek prevodnika.
Primer 3 Za radijski sprejemnik je potrebno naviti upor 30 ohmov iz nikljeve žice s presekom 0,21 mm². Določite potrebno dolžino žice.
Primer 4 Določite presek 20 m nikromove žice, če je njen upor 25 ohmov.
Primer 5Žica s presekom 0,5 mm² in dolžino 40 m ima upornost 16 ohmov. Določite material žice.
Material prevodnika označuje njegovo upornost.
Glede na tabelo upornosti ugotovimo, da ima svinec tak upor.
Zgoraj je bilo navedeno, da je upornost prevodnikov odvisna od temperature. Naredimo naslednji poskus. Več metrov tanke kovinske žice navijemo v obliki spirale in to spiralo zavrtimo v baterijski krog. Za merjenje toka v tokokrogu vklopite ampermeter. Pri segrevanju spirale v plamenu gorilnika lahko opazite, da se bodo odčitki ampermetra zmanjšali. To kaže, da se odpornost kovinske žice poveča s segrevanjem.
Pri nekaterih kovinah se odpornost pri segrevanju za 100 ° poveča za 40 - 50%. Obstajajo zlitine, ki nekoliko spremenijo svojo odpornost s toploto. Nekatere posebne zlitine skoraj ne spremenijo odpornosti s temperaturo. Upornost kovinskih vodnikov narašča z naraščajočo temperaturo, upornost elektrolitov (tekočih prevodnikov), premoga in nekaterih trdne snovi, nasprotno, zmanjša.
Sposobnost kovin, da spreminjajo svoj upor s temperaturnimi spremembami, se uporablja za izdelavo uporovnih termometrov. Tak termometer je platinasta žica, navita na okvir iz sljude. Če na primer postavimo termometer v peč in izmerimo upor platinaste žice pred in po segrevanju, lahko določimo temperaturo v peči.
Sprememba upora prevodnika pri segrevanju na 1 ohm začetnega upora in 1 ° temperature se imenuje temperaturni koeficient upora in je označena s črko α.
Če pri temperaturi t 0 upor prevodnika je r 0 in pri temperaturi t enako r t, nato temperaturni koeficient upora
Opomba. To formulo je mogoče izračunati le v določenem temperaturnem območju (do približno 200 °C).
Za nekatere kovine podajamo vrednosti temperaturnega koeficienta upora α (tabela 2).
tabela 2
Vrednosti temperaturnega koeficienta za nekatere kovine
Iz formule za temperaturni koeficient upora določimo r t:
r t = r 0 .
Primer 6 Določite upor železne žice, segrete na 200 °C, če je bil njen upor pri 0 °C 100 ohmov.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmov.
Primer 7 Uporovni termometer iz platinaste žice v prostoru s temperaturo 15°C je imel upor 20 ohmov. Termometer smo postavili v peč in čez nekaj časa izmerili njegov upor. Izkazalo se je, da je enako 29,6 ohmov. Določite temperaturo v pečici.
električna prevodnost
Doslej smo upor prevodnika obravnavali kot oviro, ki jo prevodnik daje električnemu toku. Vendar tok teče skozi vodnik. Zato ima prevodnik poleg upora (ovire) tudi sposobnost prevajanja električnega toka, to je prevodnost.
Čim večji upor ima prevodnik, tem manjšo prevodnost ima, tem slabše prevaja električni tok, in obratno, čim manjši je upor prevodnika, tem večjo prevodnost ima, tem lažje prehaja tok skozi prevodnik. Zato sta upor in prevodnost prevodnika recipročni količini.
Iz matematike je znano, da je recipročna vrednost 5 1/5 in obratno, recipročna vrednost 1/7 je 7. Torej, če je upor prevodnika označen s črko r, potem je prevodnost definirana kot 1/ r. Prevodnost običajno označujemo s črko g.
Električna prevodnost se meri v (1/ohm) ali siemensih.
Primer 8 Upor prevodnika je 20 ohmov. Določite njegovo prevodnost.
če r= 20 ohmov, torej
Primer 9 Prevodnost prevodnika je 0,1 (1/ohm). Določite njegov upor
Če je g \u003d 0,1 (1 / Ohm), potem r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
>>Fizika: Električni upor
Prenesite koledarsko-tematsko načrtovanje fizike, odgovore na teste, naloge in odgovore za učenca, knjige in učbenike, tečaje za učitelja fizike za 9. razred
Vsebina lekcije povzetek lekcije podporni okvir predstavitev lekcije pospeševalne metode interaktivne tehnologije Vadite naloge in vaje samopreizkus delavnice, treningi, primeri, naloge domače naloge diskusija vprašanja retorična vprašanja študentov Ilustracije avdio, video posnetki in multimedija fotografije, slike grafike, tabele, sheme humor, anekdote, šale, stripi prispodobe, izreki, križanke, citati Dodatki izvlečkičlanki žetoni za radovedne goljufije učbeniki osnovni in dodatni slovarček pojmov drugo Izboljšanje učbenikov in poukapopravljanje napak v učbeniku posodobitev fragmenta v učbeniku elementi inovativnosti pri pouku zamenjava zastarelega znanja z novim Samo za učitelje popolne lekcije koledarski načrt za leto smernice diskusijski programi Integrirane lekcijeČe imate popravke ali predloge za to lekcijo,
Elektrika(I) je urejeno gibanje nabitih delcev. Prva misel, ki pride na misel iz šolskega tečaja fizike, je gibanje elektronov. Nedvomno. Vendar ne le, da lahko nosijo električni naboj, ampak na primer tudi ione, ki določajo pojav električnega toka v tekočinah in plinih.
Prav tako želim opozoriti na primerjavo toka s pretokom vode skozi cev. (Čeprav bi bila pri obravnavi Kirchhoffovega zakona takšna analogija primerna). Če vsak določen delec vode naredi pot od začetka do konca, potem nosilec električnega toka tega ne stori. Če res potrebujete preglednost, bi dal primer prepolnega avtobusa, ko na postajališču nekdo, ki se stisne v zadnja vrata, povzroči, da manj srečni potnik pade iz sprednjih vrat.
Pogoji za nastanek in obstoj električnega toka so:
- Prisotnost brezplačnih nosilcev polnjenja
- Prisotnost električnega polja, ki ustvarja in vzdržuje tok.
Električno polje- to je vrsta snovi, ki obstaja okoli električno nabitih teles in deluje nanje s silo. Spet, sklicujoč se na prijatelja iz šole, "enaki naboji se odbijajo in za razliko od nabojev privlačijo," si lahko predstavljate električno polje kot nekaj, kar prenaša ta učinek. Tega polja, kot katerega koli drugega, ni mogoče neposredno občutiti, vendar obstaja kvantitativna značilnost - jakost električnega polja.
Obstaja veliko formul, ki opisujejo razmerje električnega polja z drugimi električnimi količinami in parametri. Omejil se bom na enega, reduciranega na primitivo: E=Δφ .
- E - električna poljska jakost. Na splošno je to vektorska količina, vendar sem vse poenostavil na skalar.
- Δφ=φ1-φ2 - potencialna razlika (slika 1).
Ker je pogoj za obstoj toka prisotnost električnega polja, mora biti le-to (polje) na nek način ustvarjeno. Znani poskusi elektrifikacije glavnika, drgnjenja ebonitne palice s krpo, vrtenja ročaja elektrostatičnega stroja so iz povsem očitnih razlogov v praksi nesprejemljivi.
Zato so bile izumljene naprave, ki bi lahko zagotavljale potencialno razliko zaradi sil neelektrostatičnega izvora (ena od njih je znana baterija), imenovane vir elektromotorne sile (EMS), kar je označeno kot sledi: ε .
Fizični pomen EMF je določen z delom, ki ga zunanje sile opravijo s premikanjem enote naboja, a da bi dobili začetni koncept o tem, kaj so električni tok, napetost in upor, ne potrebujemo podrobnega obravnavanja teh procesov v integralne in druge enako kompleksne oblike.
Napetost(U).
Odločno zavračam, da bi še naprej motil vašo glavo s čisto teoretičnimi izračuni in dal definicijo napetosti kot potencialne razlike v odseku vezja: U = Δφ = φ1-φ2, za zaprto vezje pa bomo upoštevali napetost enako EMF vir toka: U=ε .
To ni povsem pravilno, vendar je v praksi povsem dovolj.
Odpornost(R) - ime govori samo zase - fizikalna količina, ki označuje odpornost prevodnika na električni tok. Formula, ki določa razmerje med napetostjo, tokom in uporom klical Ohmov zakon. Ta zakon je obravnavan na ločeni strani tega razdelka. Poleg tega je odpornost odvisna od številnih dejavnikov, kot je material prevodnika. Ti referenčni podatki so podani v obliki vrednosti upornosti ρ, definirane kot upor 1 meter vodnika/odsek. Nižja kot je upornost, tem manj izgube tok v vodniku. Skladno s tem bo upor prevodnika z dolžino L in površino preseka S R=ρ*L/S.
Iz zgornje formule je neposredno razvidno, da je upor prevodnika odvisen tudi od njegove dolžine in preseka. Tudi temperatura vpliva na odpornost.
Nekaj besed o enote tok, napetost, upor. Osnovne merske enote teh količin so naslednje:
Tok - amper (A)
Napetost - Volt (V)
Upor - Ohm (Ohm).
Te merske enote mednarodnega sistema (SI) niso vedno priročne. V praksi se uporabljajo derivati (miliamper, kiloohm itd.). Pri izračunu je treba upoštevati razsežnost vseh količin, ki jih vsebuje formula. Torej, če v Ohmovem zakonu pomnožite amper s kiloomom, potem napetost sploh ne bo voltov.
© 2012-2019 Vse pravice pridržane.
Vsa gradiva, predstavljena na tem spletnem mestu, so zgolj informativne narave in jih ni mogoče uporabiti kot smernice in normativne dokumente.
