Сопротивление. Закон Ома - Электрические явления

Физический словарик

Манганин (от лат. manganum - марганец) - сплав меди, марганца и никеля, отличающийся высоким электрическим сопротивлением, мало зависящим от температуры.

Резистор (от англ. resistor) - электрическое сопротивление.

Реостат (от греч. rheos - поток и statos - стоящий) - аппарат для регулирования тока или напряжения в электрической цепи.

Историческая справка

Создание Алессандро Вольтой первого гальванического элемента открыло перед физиками новую область исследований. В течение четверти века интенсивно изучались разнообразные эффекты, связанные с протеканием электрического тока (тепловые, химические и др.). Важнейший шаг на пути создания теории электрических цепей был сделан немецким физиком Г. Омом в середине 1820-х гг.

Георг Ом родился 16 марта 1789 г. в Эрлангене в семье слесаря. Учился сначала в гимназии, а затем в местном университете. После переезда в Кёльн Ом активно занимается физикой, начав с ремонта приборов и изучения научной литературы. В 1820 г. под впечатлением открытия Эрстеда он приступил к самостоятельному изучению электромагнетизма. В 1825 г. Ом решился представить научному миру плоды своего труда в виде статьи «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество».

Ученый не ограничился установлением эмпирического закона постоянного тока. Он попытался построить теорию электрических цепей.

Открытие Ома было скептически воспринято в немецких научных кругах, и лишь в 1852 г. ему была предоставлена кафедра в университете.

В 1841 г. Ому была присуждена высшая награда Лондонского Королевского общества - медаль Копли.

Закон Ома

Кто закон не знает Ома?

С ним, конечно, все знакомы.

Быстро с нами повтори:

U равняется RI.

Схема для запоминания формул расчета силы тока, напряжения и сопротивления

Схема для запоминания формулы расчета сопротивления

Задачи на перевод единиц измерения в СИ

20 кОм = 20 000 Ом

400 мА = 0,4 А

21 кВ = 27 000 В

12 кДж = 12 000 Дж

468 мкКл = 0,000468 Кл

5,5 МВт = 5 500 000 Вт

0,22 кВ = 220 В

0,5 мА = 0,0005 А

0,08 МДж = 80 000 Дж

Качественные задачи и вопросы

1. Что называется сопротивлением? В чем причины сопротивления? (Сопротивлением называется физическая величина, характеризующая электрические свойства вещества. Причины сопротивления - это взаимодействие при движении заряженных частиц друг с другом (электронов с ионами в металлах, положительных ионов с отрицательными ионами в электролитах и т. д.) и дефекты кристаллической решетки.)

2. От каких параметров зависит сопротивление проводника? (Сопротивление металлов зависит от длины проводника, от площади сечения, от рода металла, от температуры.)

3. Силу тока в цепи увеличили в два раза. Как при этом изменилось сопротивление металла? (Не изменилось, сопротивление металлов не зависит от силы тока.)

4. Напряжение на проводнике уменьшили в четыре раза. Как изменилось сопротивление проводника? (Не изменилось, сопротивление проводника не зависит от напряжения.)

5. Длину проводника уменьшили в три раза. Как изменилось сопротивление проводника? (Сопротивление уменьшилось в три раза.)

6. Проволоку согнули пополам и включили в сеть. Как изменилось сопротивление проволоки? (Сопротивление уменьшилось в четыре раза, так как длина уменьшилась в два раза, а площадь сечения увеличилась в два раза.)

7. По рисункам а-в определите, сопротивление какого из проводников больше (а, б - проводники из одного материала), (а — нижнего, так как площадь его сечения самая маленькая; б - верхнего, так как его длина больше других указанных проводников при равных площадях сечения; в - проводника с максимальным удельным сопротивлением.)

8. По графикам а, б сравните электрическое сопротивление тел 1-3. (R₁ > R₂ > R₃)

Задачи для любителей литературы

1. «Перед ними, воздев руки к звездам, бежал толстячок, заведующий хозяйством. Общими усилиями транспарант был привязан к поручням. Он высился над пассажирской палубой, как экран. В полчаса электротехник подвесил к спине транспаранта провода и приладил внутри его три лампочки. Оставалось повернуть выключатель» (И. Ильф и Е. Петров. Двенадцать стульев).

Определите силу тока в этих лампочках, если они соединены последовательно, напряжение в цепи 200 В, а сопротивление каждой лампочки 200 Ом. (0,33 А.)

По загадкам

2. Разноцветные цепи эти

Из лампочек делают дети. (Электрогирлянда.)

Сколько лампочек, рассчитанных на напряжение 6 В, необходимо взять, чтобы гирлянду подключить к сети с напряжением 240 В? Как необходимо соединить эти лампочки? (40 лампочек, и соединить их нужно последовательно.)

Интересные факты

Ткани живых организмов весьма разнородны но составу. Органические вещества, из которых состоят плотные части тканей, представляют собой диэлектрики. Однако жидкости содержат, кроме органических коллоидов, растворы электролитов и поэтому являются относительно хорошими проводниками. Наибольшую электропроводность имеют спинномозговая жидкость, сыворотка крови. Плохими проводниками, которые следует отнести к диэлектрикам, являются роговой слой кожи, сухожилия и особенно костная ткань без надкостницы.

Электрическое сопротивление тела человека

Цепь	Электрическое сопротивление, кОм, при напряжении в сети, В
	127	220	> 220
От ладони к тыльной части кисти руки От ладони к ногам От ладони одной руки к ладони другой руки От плеча к ноге	2,5 3,4 3,4 2,8	0,8 1,6 1,6 1,2	0,65 1 1 0,8

Задачи для любителей биологии

1. Электрическое сопротивление человеческого тела определяется, в основном, сопротивлением поверхностною рогового слоя кожи (эпидермиса). Тонкая, нежная и особенно покрытая потом или увлажненная кожа, а также кожа с поврежденным эпидермисом хорошо проводит ток. Сухая, огрубевшая кожа - весьма плохой проводник. Электрическое сопротивление тела человека от ладони одной руки к ладони другой при напряжении 220 В равно 1,6 кОм.

Какова, с учетом приведенных данных, сила тока между ладонями через тело человека? (0,1375 А.)

2. Требования техники безопасности при работе с переменным и постоянным токами одинаковы. При силе переменного частотой 50 Гц тока 20-25 мА затрудняется дыхание, возникает мгновенная судорога мышц. При силе тока 90-100 мА возникает паралич дыхания, при длительном действии (3 с и более) - паралич сердца.

Если электрическое сопротивление тела человека 1 кОм, при каких напряжениях возникнут паралич дыхания, мгновенная судорога мышц? (90-100 В; 20-25 В.)

Физические эксперименты

1. Исследование последовательного соединения проводников.

Соедините последовательно источник тока, амперметр, два резистора. Измеряя напряжение и силу тока на каждом резисторе, проверьте правильность формул для последовательного соединения. Сделайте вывод.

Номер опыта	I1, А	I2, А	U1, B	U2, В
1	1	1	2	1
2	0,75	0,75	1,5	0,75
3	1,5	1,5	3	1,5

Вывод: при последовательном соединении общее сопротивление равно сумме сопротивлений.

2. Исследование параллельного соединения проводников.

Соедините последовательно источник тока, амперметр и параллельно два резистора. Измеряя напряжение и силу тока на каждом резисторе, проверьте правильность формул для параллельного соединения. Сделайте вывод.

Номер опыта	I1, А	I2, А	U1, B	U2, В
1	0,5	1	2	2
2	0,25	0,5	1	1

Вывод: при параллельном соединении величина, обратная общему сопротивлению, равна сумме обратных величин сопротивлений.

Проверка знаний и умений.

Индивидуальные карточки-задания

1	2
1. Какое сопротивление имеет тело человека от ладони одной руки до ладони другой руки, если при напряжении 12 В сила тока равна 3 мА? (4 кОм.) 2. Определите сопротивление стального телеграфного провода между Ейском и Краснодаром, если расстояние между городами 250 км, а площадь сечения проводов 15 мм2. (2 500 Ом.) 3. Определите силу тока в алюминиевом проводе длиной 10 см и площадью поперечного сечения 1 мм2, если напряжение на нем 2,8 В. (10 А.)	1. Какое нужно приложить напряжение к проводнику сопротивлением 2,5 кОм, чтобы в проводнике была сила тока 10 А? (25 кВ.) 2. Вычислите сопротивление никелинового проводника длиной 50 м и площадью поперечного сечения 4 мм2. (5 Ом.) 3. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 200 см и площадью поперечного сечения 2 мм2, сила тока в котором 2 А. (0,3 В.)
3	4
1. При напряжении 2 кВ сопротивление проводника равно 200 Ом. Какова сила тока в проводнике? (10 А.) 2. Чему равно сопротивление ни- хромовой проволоки длиной 10 м площадью сечения 2,2 мм2? (5 Ом.) 3. Рассчитайте силу тока, проходящего по константановому проводнику длиной 5 м площадью сечения 1 мм2 при напряжении на нем 10 В. (≈ 4 А.)	1. Определите напряжение на концах константанового проводника длиной 1 км и площадью поперечного сечения 2 мм2, если сила тока в нем 200 мА. (50 В.) 2. В спирали электронагревателя из никелиновой проволоки сечением 4 мм2 при напряжении 220 В сила тока составляет 10 А. Какова длина проволоки? (220 м.) 3. Какова масса стальной проволоки длиной 1 км и сопротивлением 10 Ом? (117 кг.)

Кроссворд

1. Частица, которая несет в себе химические свойства вещества. 2. Величина, которую можно измерить вольтметром. 3. Положительно заряженная частица. 4. Единица измерения напряжения. 5. В переводе с греческого это слово означает неделимый. 6. Американский ученый, который впервые определил заряд электрона. 7. Вещество, в котором много свободных носителей заряда. 8. Единица измерения заряда. 9. Английский ученый, предложивший планетарную модель строения атома. 10. «Электрон» в переводе с греческого. 11. Вещество, которое не проводит электрический ток. 12. Отрицательно заряженная частица.

Ответы: 1 - молекула, 2 — напряжение, 3 - протон, 4 - вольт, 5 - атом, 6 - Милликен, 7 - проводник, 8 - Кулон, 9 - Резерфорд, 10 - янтарь, 11 - диэлектрик, 12 - электрон.

Ключевое слово: сопротивление.