Текущая версия на 12:19, 17 октября 2012

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>>  Електричний опір. Питомий опір провідника. Реостати.

Згадайте механічний аналог електричного кола, запропонований у § 8. А тепер уявіть, що досить тривалий час саме ви будете «черпальником», тобто маєте підтримувати обертання вертушки. Як це зробити з найменшими зусиллями? Скоріше за все, ви намагатиметеся зробити так, щоб вода з трубки виливалася повільніше, і, очевидно, для цього оберете дуже тонку трубку, а перепад рівней води у посудинах зробите якомога меншим.
Згадайте, що різниця рівней води — аналог напруги, а кількість води, що пройшла через трубку за 1 с,— аналог сили струму. Отже, можемо припустити, що сила струму на ділянці електричного кола зменшується в разі зменшення напруги і залежить від провідних властивостей провідника. Давайте перевіримо ці припущення.

Переконуємося, що сила струму в провіднику залежить від напруги на його кінцях
Складемо електричне коло, споживачем у якому буде металевий дріт, а джерелом струму — пристрій, на виході якого можна змінювати напругу. Для вимірювання сили струму та напруги на ділянці кола, що складається з металевого дроту, використаємо амперметр і вольтметр (рис. 11.1, а).
Дослід показує, що в разі збільшення напруги на дроті у 2 рази сила струму в ньому так само зросте у 2 рази (рис. 11.1, б); збільшення напруги на дроті у 2,5 разу приведе до зростання сили струму в ньому також у 2,5 разу (рис. 11.1, в) і т. д.

Рис. 11.1. Дослід, що демонструє залежність сили струму в провіднику від поданої на провідник напруги.

Таким чином, у скільки разів збільшиться (зменшиться) напруга на дроті, у стільки ж разів зросте (зменшиться) в ньому сила струму. Інакше кажучи, сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника. Цю залежність уперше експериментально встановив німецький учений Г. Ом (рис. 11.2) у 1826 р.

Рис. 11.2. Г. Ом.
З курсу математики вам відомо, що таку залежність можна виразити формулою  і подати у вигляді графіка, зображеного на рис. 11.3. Залежність сили струму в провіднику від напруги на його кінцях називають вольт-амперною характеристикою провідника; зазвичай її подають у вигляді графіка (див. рис. 11.3) або таблиці.

Рис. 11.3. Графік.

Знайомимося з електричним опором
Провівши дослід, описаний у п. 1, з іншими провідниками, побачимо: щоразу сила струму в провіднику є пропорційною напрузі на його кінцях (І-кІУ), а от коефіцієнт пропорційності для кожного випадку буде різним, про що свідчать різні кути нахилу графіків.
Таким чином, сила струму в провіднику залежить не тільки від напруги на'його кінцях, але й від властивостей самого провідника.
Чим більший опір має провідник, тим менша в ньому сила струму за тієї самої напруги на кінцях провідника. Саме тому величина В одержала таку назву. Провідник, який має опір, створює протидію напрямленому руху зарядів у ньому, і при цьому частина електричної енергії перетворюється на внутрішню енергію провідника — аналогічно тому, як сила опору в механіці протидіє механічному рухові тіл і при цьому частина механічної енергії перетворюється на внутрішню.
Електричний опір — це фізична величина, яка характеризує властивість провідника протидіяти електричному струму.
Більшість радіоелектронних пристроїв неможливо уявити без резисторів деталей, що забезпечують певні опори (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Резистори деталей

Опір резистора позначають на його корпусі.

ПИТОМИЙ ОПІР РЕЧОВИНИ.РОЗРАХУНОК ОПОРУ ПРОВІДНИКА. РЕОСТАТИ
Ми так звикли до різноманітних технічних пристроїв, що часто не замислюємося, як саме вони працюють. Наприклад, кожен із вас збільшував гучність звуку радіо чи телевізора або спостерігав за тим, як поступово гасне світло в кінозалі перед початком сеансу. Але чи ставили ви перед собою питання, як це вдається? Спробуємо розібратися. А ще ви дізнаєтеся, чому в разі виготовлення проводів для ліній електропередачі або електропроводки для помешкань зазвичай використовують алюміній і мідь, а не значно дешевшу сталь.

З'ясовуємо, від чого залежить опір провідника

Коли по металевому провіднику йде струм, то вільні електрони, рухаючись напрямлено, зіштовхуються з йонами, розташованими у вузлах кристалічної ґратки металу. У результаті цих зіткнень середня швидкість напрямленого руху заряджених частинок зменшується: провідник чинить опір електричному струмові.
Відомо, що опір провідника залежить від його довжини, площі поперечного перерізу, а також від речовини, з якої він виготовлений. Переконаємося в цьому за допомогою дослідів, змінюючи кожного разу тільки один із зазначених параметрів. Опір провідника будемо визначати, скориставшися законом Ома. Тобто, вимірявши амперметром силу струму / в провіднику, а вольтметром — напругу II, легко обчислимо опір провідника.
Спочатку з'ясуємо, як опір провідника залежить від його довжини. Для цього складемо електричне коло з джерела струму, резистора і тонкого довгого провідника з ніхрому, натягнутого на дерев'яну лінійку з двома клемами. Довжину провідника змінюватимемо за допомогою повзунка — спеціального затискача, який можна легко пересувати вздовж провідника. Для вимірювання сили струму та напруги до кола приєднаємо амперметр і вольтметр (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Амперметр та вольтметр.
Провівши відповідні дослідження, переконаємося, що в разі зменшення довжини провідника його опір зменшується, і навпаки, в разі збільшення довжини провідника його опір зростає. Причому в скільки разів збільшується (зменшується) довжина провідника, у стільки ж разів збільшується (зменшується) його опір. Численними дослідами доведено, що опір провідника прямо пропорційний його довжині.
Щоб з'ясувати, як залежить опір провідника від площі його поперечного перерізу, візьмемо кілька закріплених на панелі ніхромових провідників, однакових за довжиною, але різних за площею поперечного перерізу (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Закріплені на панелі ніхромові провідники.

Дослід показує, що збільшення вдвічі площі поперечного перерізу провідника спричиняє дворазове зменшення його опору, і навпаки, зменшення вдвічі площі поперечного перерізу приводить до дворазового збільшення опору провідника. Отясе, опір провідника обернено пропорційний площі його поперечного перерізу.
Якщо провести описані вище досліди для провідників, однакових за довжиною і площею поперечного перерізу, але виготовлених із різних речовин (наприклад, міді, алюмінію, ніхрому) (рис. 12.3), переконаємося, що опір провідника залежить від речовини, з якої цей провідник виготовлений.

Рис. 12.3. Дослід з провідниками, однаковими за довжиною і площею поперечного перерізу, але виготовленими із різних речовин.

Питомий опір речовини — це фізична величина, яка характеризує електричні властивості даної речовини й чисельно дорівнює опору виготовленого з неї провідника завдовжки 1 м і площею поперечного перерізу 1 м2.
Одиниця питомого опору в СІ — ом-метр (Ом м). На практиці здебільшого мають справу з провідниками, площі поперечних перерізів яких досить малі.

Порівнюємо питомі опори деяких речовин
Опори пронідникіїї, які мию'п. одна коні геометричні розміри, але ни-готовлені з різних речоким, суттєво відрізняються. Л це означає, іцо й питомі опори речовин є різними. Досліди показують, що значення питомого опору зумовлене хімічною природою речовини та істотно залежить від її температури.
Питомі електричні опори деяких речовин (за температури 20 °С)
Речовина    Ом • мм*1  р,  м    Речовина    Ом • мм2  Р>  м
Срібло    0,016    Ніхром (сплав)    1,1
Мідь    0,017    Фехраль (сплав)    1,3
Золото    0,024    Графіт    13
Алюміній    0,028    Вода морська    3 105
Вольфрам    0,055    Вода дистильована    ю9-ю10
Латунь    0,07-0,08    Деревина суха    1015-1016
Залізо    0,10    Пінопласт    1017
Платина    0,10    Гума    1017-1018
Свинець    0,21    Скло    1015-1019
Нікелін (сплав)    0,42    Порцеляна    1019
Манганін (сплав)    0,43    Ебоніт    1018_1020
Константан (сплав)    0,50    Слюда    1017 -1021
Ртуть    0,96    Повітря    1021-1024

З таблиці бачимо, що з-поміж усіх металів найменший питомий опір мають срібло, мідь, золото й алюміній. Отже, у разі виготовлення електропроводки для побутових і виробничих приміщень або проводів для ліній електропередачі доцільно використовувати мідні та алюмінієві проводи.
Питомий опір гуми, порцеляни, ебоніту дуже великий. Отже, ці речовини практично не проводять електричного струму, і тому в електротехніці їх використовують як ізолятори.

Знайомимося з реостатами

 На тому факті, що опір провідника прямо пропорційний його довжині, базується принцип дії реостата (від грец. гНеоз — течія, потік; зіаіоз — який стоїть),
Реостат — це пристрій зі змінним опором, призначений для регулювання сили струму в ділянці електричного кола.
Реостат, включений в електричне коло пристрою, дозволяє змінювати силу струму, а отже, настроювати гучність звуку радіоприймача, регулювати яскравість світіння лампи тощо.
З найпростішим реостатом ви вже зустрічалися, коли з'ясовували залежність опору провідника від його довжини (див. рис. 12.1). Звичайно, що реостати, які застосовують на практиці, більш зручні. Розглянемо, наприклад, двоконтактний повзунковий реостат (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Двоконтактний повзунковий реостат.

Металевий дріт (3) намотують на керамічний циліндр (2) і таким чином зменшують габарити реостата. Над обмоткою закріпляють металевий стрижень (5), по якому переміщують міцно притиснутий до обмотки ковзний контакт — повзунок (4).
Реостат має дві клеми (два контакти), одна з яких (б) з'єднана зі стрижнем, а друга (1) — з обмоткою. Коли реостат приєднаний до кола, електричний струм проходить від однієї клеми до другої — по витках обмотки до повзунка, а потім по стрижню.
Пересуваючи повзунок уздовж обмотки, плавно збільшують або зменшують довжину ділянки, в якій проходить струм. У результаті опір реостата так само плавно збільшується або зменшується, а це, згідно із законом Ома, приводить до плавної зміни сили струму.
Повзунковий реостат може мати три клеми. Такий реостат називають триконтактним повзунковим реостатом. Його можна використовувати для змінювання не тільки сили струму в колі, але й напруги (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Триконтактний повзунковий реостат.

Під час роботи в режимі дільника напруги реостат вмикають за допомогою всіх трьох клем. Із принципом дії дільника напруги ви познайомитеся в наступному параграфі.
Крім повзункових реостатів на практиці використовують й інші типи реостатів, наприклад важільні (секційні) реостати (рис. 12.6).

Рис. 12.6. Важільні (секційні) реостати.

Фізика 9 клас. Ф.Я.Божинова, М.М.Кірюхін О.О.Кірюхіна

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас
 презентація уроку
 інтерактивні технології
 акселеративні методи навчання

Практика
 тести, тестування онлайн
 задачі та вправи
 домашні завдання
 практикуми та тренінги
 питання для дискусій в класі

Ілюстрації
 відео- та аудіоматеріали
 фотографії, малюнки
 графіки, таблиці, схеми
 комікси, притчі, приказки, кросворди, анекдоти, приколи, цитати

Доповнення
 реферати
 шпаргалки 
 фішки для допитливих
 статті (МАН)
 література основна та додаткова
 словник термінів

Удосконалення підручників та уроків
 виправлення помилок в підручнику
 заміна застарілих знань новими 

Тільки для вчителів
 календарні плани
 навчальні програми
 методичні рекомендації
 обговорення

 Ідеальні уроки-кейси

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.

Якщо ви хочете побачити інші корективи і побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.