Закон Ома | Физика
В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи,— сила тока I, напряжение U и сопротивление R. Между этими величинами существует определенная связь. Закон, выражающий эту связь, был установлен в 1827 г. немецким ученым Г. Омом и поэтому носит его имя.
Выделим в произвольной электрической цепи участок, обладающий сопротивлением R и находящийся под напряжением U (рис. 37). Согласно закону Ома:
Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению.
Математически закон Ома записывается в виде следующей формулы:
I = U/R (14.1)
Закон Ома позволяет установить, что будет происходить с силой тока на участке цепи при изменении его сопротивления или напряжения.
1. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: чем больше напряжение U на концах участка цепи, тем больше сила тока I на этом участке.
Проиллюстрируем эту закономерность на опыте. Соберем электрическую цепь из источника тока, лампы, амперметра и ключа (рис. 38, а). В качестве источника тока будем использовать устройство, позволяющее регулировать выходное напряжение от 4 до 12 В. Измеряя силу тока в цепи при разных напряжениях, можно убедиться в том, что она действительно пропорциональна напряжению.
2. При неизменном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению: чем больше сопротивление R участка цепи, тем меньше сила тока I в нем.
Для проверки этой закономерности заменим в используемой цепи лампу на магазин сопротивлений (рис. 38, б). Измеряя силу тока при разных сопротивлениях, мы увидим, что сила тока I и сопротивление R действительно находятся в обратно пропорциональной зависимости.
При уменьшении сопротивления сила тока возрастает.
Если сила тока превысит допустимое для данной цепи значение, включенные в нее приборы могут выйти из строя; провода при этом могут раскалиться и стать причиной пожара. Именно такая ситуация возникает при коротком замыкании. Так называют соединение двух точек электрической цепи, находящихся под некоторым напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.
Короткое замыкание может возникнуть при соприкосновении оголенных проводов, при небрежном ремонте проводки под током, при большом скоплении пыли на монтажных платах и даже при случайном попадании какого-нибудь насекомого внутрь прибора.
На законе Ома основан экспериментальный способ определения сопротивления. Из формулы (14.1) следует, что
R = U/I (14.2)
Поэтому для нахождения сопротивления R участка цепи надо измерить на нем напряжение U, затем силу тока I, после чего разделить первую из этих величин на вторую. Соответствующая этому схема цепи изображена на рисунке 39.
Если, наоборот, известны сопротивление R и сила тока I на участке цепи, то закон Ома позволяет рассчитать напряжение U на его концах. Из формулы (14.1) получаем
U = IR (14.3)
Чтобы найти напряжение U на концах участка цепи, надо силу тока I на этом участке умножить на его сопротивление R.
Опубликовав книгу, в которой излагался открытый им закон «Теоретические исследования электрических цепей», Георг Ом написал, что «рекомендует ее добрым людям с теплым чувством отца, не ослепленного обезьяньей любовью к детям, но довольствующегося указанием на открытый взгляд, с которым его дитя смотрит на злой мир». Мир действительно оказался для него злым, и уже через год после выхода его книги в одном из журналов появилась статья, в которой работы Ома были подвергнуты уничтожающей критике. «Тот, кто благоговейными глазами взирает на вселенную,— говорилось в статье,— должен отвернуться от этой книги, являющейся плодом неисправимых заблуждений, преследующих единственную цель — умалить величие природы».
Злобные и безосновательные нападки на Ома не прошли бесследно. Теорию Ома не приняли. И вместо продолжения научных исследований он должен был тратить время и энергию на полемику со своими оппонентами. В одном из своих писем Ом написал: «Рождение «Электрических цепей» принесло мне невыразимые страдания, и я готов проклясть час их зарождения».
Но это были временные трудности. Постепенно, сначала в России, а затем и в других странах, теория Ома получила полное признание. Закон Ома внес такую ясность в правила расчета токов и напряжений в электрических цепях, что американский ученый Дж. Генри, узнав об открытиях Ома, не удержался от восклицания: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».
??? 1. Сформулируйте закон Ома. 2. Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах? 3. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи? 4. Как с помощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника? 5. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка? 6. Что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока? 7. Объясните причину короткого замыкания в ситуациях, изображенных на рисунке 40.
Физика. Конспект. Закон Ома | Частная школа. 8 класс
Конспект по физике для 8 класса «Закон Ома». Как сила тока зависит от напряжения. Как сила тока зависит от сопротивления. Как формулируется закон Ома.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Закон Ома
Мы изучили три физические величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи: силу тока, напряжение и сопротивление. Возникает вопрос, как эти три величины связаны между собой. На этот вопрос ответил немецкий учёный Г. Ом, сформулировав в 1827 г свой знаменитый закон, который носит его имя.
ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ТОКА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ
Экспериментально установим, каково соотношение между силой тока и напряжением при неизменном сопротивлении цепи. Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, ключа, амперметра и вольтметра. В качестве источника тока будем использовать устройство, которое позволяет изменять выходное напряжение от 0 до 15 В. После каждого изменения напряжения будем снимать показания приборов и записывать их в таблицу.
Опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение на участке цепи, во столько же раз увеличивается и сила тока на этом участке, т. е. сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника: I ~ U.
Построим график зависимости силы тока от напряжения, использовав в качестве значений данные из таблицы. Этот график представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат.
График зависимости силы тока от напряжения называется вольт-амперной характеристикой цепи.
ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ТОКА ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Проверим, как зависит сила тока в цепи от сопротивления при постоянном напряжении в цепи.
В той же электрической цепи будем поддерживать постоянное напряжение, равное 4,5 В. Но вместо одного сопротивления используем магазин сопротивлений. Для каждого сопротивления измерим силу тока в цепи и данные запишем в таблицу.
Если по данным таблицы построить график зависимости силы тока от сопротивления, то он уже не будет прямой линией. Кривая, проведённая по экспериментальным точкам, представляет собой гиперболу.
Итак, опыт показывает, что, чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока при одном и том же напряжении между концами проводника.
ЗАКОН ОМА
Обобщая результаты обоих опытов, можно утверждать, что сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению
Это утверждение называется законом Ома для участка цепи и записывается следующим образом:
I = U / R
Закон Ома справедлив только для проводников, у которых сопротивление не зависит от приложенного напряжения и силы тока. К таким проводникам относят металлические проводники, уголь и электролиты. Сопротивление газов зависит от приложенного напряжения, и потому для газов закон Ома не выполняется.
Любопытно, что открытие закона Ома предвосхитил богатый английский лорд Генрих Кавендиш, который занимался физикой и химией в качестве хобби. Кавендиш опубликовал всего 18 научных работ, однако гораздо большее их число так и осталось неизвестными современникам. Блестящие эксперименты Кавендиша с электричеством, проведённые в домашней лаборатории, стали известны только после публикации в 1879 г. Дж. Максвеллом его избранных работ.
Георг Симон Ом (1787—1854) — немецкий физик, установил основной закон электрической цепи, названный его именем.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Закон Ома».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).
Просмотров: 4 700
Физика 8 класс. Закон Ома для участка цепи :: Класс!ная физика
Физика 8 класс. ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ
Эта зависимость получила название “закон Ома для участка цепи “, т.к. именно Георгу Ому в 1827 г. впервые удалось экспериментально установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
ИНТЕРЕСНО !
Когда немецкий электротехник Георг Симон См положил на стол ректора Берлинского университета свою диссертацию, где впервые был сформулирован этот закон, без которого невозможен
ни один электротехнический расчет, он получил весьма резкую резолюцию. В ней говорилось,
что электричество не поддается никакому математическом описанию, так как электричество
– это собственный гнев, собственное бушевание тела, его гневное Я, которое проявляется в каждом теле, когда его раздражают. Ректором Берлинского университета был в те годы
Георг Вильгельм Фридрих Гегель.
___
Имя Ома увековечено не только открытым им законом. В 1881 г. на Электротехническом съезде в Париже было утверждено название единицы сопротивления «Ом». Далеко не всем известно, что одному из кратеров на обратной стороне Луны присвоено имя Ома, наряду с именами таких великих физиков, как Планк, Лоренц, Ландау, Курчатов.
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?
В 1833 г. Георг Ом был уже известен в Германии, и являлся профессором политехнической школы
в Нюрнберге. Однако во Франции и Англии работы Ома оставались неизвестными. Через 10 лет
после появления “закона Ома” один французский физик на основе экспериментов пришел
к таким же выводам.
Но ему было указано, что установленный им закон еще в 1827 г. был открыт Омом. Оказывается, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под другим именем
– для них это закон Пулье.
ЗАПОМНИ !
А знаешь, как, работая с формулой закона Ома,
легко написать формулу для любой входящей величины ?
С помощью треугольника!
Устали? – Отдыхаем!
Этап урока | Деятельность учителя | Деятельности учащихся | Прогнозируемый результат | ||||||||||||||||||||||||
I.
| I. Организационный этап. (Самоопределение к деятельности).
Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь! | Цель: настроится на продуктивную деятельность на уроке. | Эмоционально-психологический настрой, положительная мотивация. | ||||||||||||||||||||||||
| II. Постановка и целей и задач урока. 7 мин
| II. Этап постановки целей и задач урока (проблема – формулировка задачи) Цели этапа:
Учитель: Мне нужны 3 помощника, которые на доске заполнят таблицу. Остальные заполняют эту таблицу в своих дидактических листах.
(Учащиеся не могут заполнить ячейки, в которых нужно указать название прибора, измеряющего сопротивление, и изобразить его условное обозначение) | Цель: сформулировать цель своей деятельности на уроке.
Заполняют таблицу.
Высказывают свое гипотеза о названии прибора для измерения сопротивления и его условного обозначения. | Обеспечение мотивации учащихся. Формулировка темы занятия. Понимание цели и задач занятия, а также понимание социальной и практической значимости изучаемого материала.
| ||||||||||||||||||||||||
| Учитель: Похоже у вас возникли проблемы? Мы, действительно, ничего не знаем о приборе, измеряющем сопротивление. Давайте попробуем включить логику и попытаемся догадаться, как называется этот прибор и как он обозначается в схемах электрических цепей. (Омметр, Ω). | Высказывают гипотезы. | ||||||||||||||||||||||||||
Дело в том, что неслучайно мы ни слова не сказали об этом приборе на уроках. В школьном курсе физики его не изучают. Но это не значит, что измерять сопротивление на уроках нам не придётся. Откройте стр.227 учебника. Прочтите название лабораторной работы №7. Эту работу мы будем выполнять на следующем уроке. Как можно измерить сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра? |
Формулируют и записывают цель своей деятельности на уроке. | ||||||||||||||||||||||||||
III. Основной этап.
| III. Основной этап. Этап изучения новых знаний и способов деятельности Цель этапа:
| Цель с помощью эксперимента выяснить как зависит сила тока от сопротивления. | Изучение и представление возможных вариантов решения проблемы экспериментальным методом. | ||||||||||||||||||||||||
Учитель: Как зависит сила тока от напряжения? Создает комфортную атмосферу во время работы путем включения тихой музыки. | Заполняют дидактическую карту. Выполняют исследовательскую работу по инструкции в дидактической карте. |
| |||||||||||||||||||||||||
Физкультминутка. 1 мин | Организует физминутку и руководит процессом | Выполняет упражнение. | Переключение на другой вид деятельности, готовы к следующему этапу работы. | ||||||||||||||||||||||||
IV. Этап анализа полученных результатов. 5 мин | IV. Этап анализа полученных результатов. 5 мин Цель этапа:
Учитель: Давайте проанализируем полученные результаты. Зачитайте ваши выводы о том, как зависит сила тока от напряжения и сопротивления. Выступление ученика: Для запоминания формулы закона Ома и последующего его применения для решения задач лучше пользоваться треугольником. Итак, в чем заключается закон Ома для участка цепи, сформулируйте его. Запишите формулу закона Ома и используя правило треугольника определите:
| Цель:
Зачитывают выводы. | Составление отчет по оптимальному решению проблемы, через поисковую работу и анализ.
Выработка умения выступать перед аудиторией, емко и четко излагать свои мысли | ||||||||||||||||||||||||
V. Этап первичной проверки понимания изученного. 5 мин | V. Этап первичной проверки понимания изученного. Цель этапа: зафиксировать изученный материал во внешней речи и письменно. Решим задачи из дидактического листа. Задачи разноуровневые: 1 уровень: (оценка «3») 2-й уровень: (оценка «4») 3-й уровень: (оценка «5») | Цель:
Решают задачу. | Проверка, выявление пробелов и их корректировка. | ||||||||||||||||||||||||
VI. Рефлексия. 5 мин | VI. Рефлексия. Цель этапа: Учитель: Наш урок подходит к завершению. Домашнее задание: § 42, 44, выучить формулировку закона Ома для участка цепи; упр 29(1,2,3) – все; упр 29(7) повышенный уровень. | Цель:
Отвечают на вопросы учителя.
Заполняют дидактическую карту. | Обеспечение анализа успешности достижения цели и осознание процесса и результата своей учебной деятельности. Уходит с занятия с осознанием пройденного материала Обеспечение понимания учащимися цели, содержания и способов выполнения домашнего задания. |
Организационный этап. Мобилизация и положительный настрой учащихся
Урок 31. закон ома для полной цепи – Физика – 10 класс
Физика, 10 класс
Урок 31. Закон Ома для полной цепи
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) закон Ома для полной цепи;
2) связь ЭДС с внутренним сопротивлением;
3) короткое замыкание;
4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.
Глоссарий по теме
Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.
Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.
Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 348 – 354.
2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. – М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.
Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре – отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.
В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним r.
Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:
Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению
Короткое замыкание
При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой .
И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.
Примеры и разбор решения заданий:
1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ | ФОРМУЛЫ |
Электродвижущая сила | |
Сила тока | |
Сопротивление | |
Разность потенциалов |
Решение.
Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.
Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.
ЭДС определяется по формуле:
Сила тока определяется по формуле:
Сопротивление определяется по формуле:
Разность потенциалов определяется по формуле:
Правильный ответ:
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ | ФОРМУЛЫ |
Электродвижущая сила | |
Сила тока | |
Сопротивление | |
Разность потенциалов |
2. ЭДС батарейки карманного фонарика – 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?
Решение:
Напряжение рассчитывается по формуле:
Чтобы найти силу тока применим закон Ома для полной цепи:
Делаем расчёт:
Ответ: U = 3,28 В.
Урок по физике на тему “Закон Ома”(8 класс)
Тема: «Закон Ома для участка цепи»
Программа (учебник) по физике А.
В.Перышкина
Цели :
Ознакомить учащихся с законом Ома для участка цепи, установить связь между силой тока, напряжением, сопротивлением.
Задачи :
1. Образовательная: повторить и закрепить понятия: сила тока и напряжение; сформулировать закон Ома для участка цепи.
2. Развивающая: развивать умения анализировать результаты эксперимента; устанавливать логическую взаимосвязь физических величин; развивать умение представлять результаты в различной форме
3. Воспитательная: воспитывать компетентность в сфере самостоятельной познавательной деятельности учащихся, развивать умение анализировать, делать выводы, применять полученные знания для решения задач;
Тип урока: комбинированный
Оборудование:
Проектор, экран
Презентация
Демонстрационное оборудование
Здравствуйте, ребята, присаживайтесь . Дежурный, скажите ,пожалуйста, кто отсутствует на уроке. Спасибо. Откройте свои учебники на странице 100 и тетради. Запишите дату и тему урока: «Закон Ома для участка цепи»
Прежде чем мы перейдем к изучению новой темы, нам необходимо вспомнить некоторые понятия из уже пройденного материала.
Устный блиц-опрос:
Электрический ток – это …(слайд №2) ( Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. )
Сила тока – это…( слайд №3) (Сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшему через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t.)
Прибор для измерения силы тока? (Амперметр)
Напряжение – это… (Напряжение –Это физическая величина, характеризующая электрическое поле.)
Прибор для измерения напряжения ? (Вольтметр)
Электрическая цепь – это…( Электрическая цепь — это неразрывный путь, по которому электрический ток может течь от плюса к минусу.)
Если свободные заряды начинают направленно двигаться под действие электрического поля, а работа поля характеризуется напряжением.
То сила тока и напряжение должны быть взаимосвязаны. Установим эту связь.
1)Для получения зависимости I от U исследуем цепь, состоящую из источника тока, резистора, ключа, амперметра, вольтметра. (слайд №4)
Условия данного эксперимента обсуждаются с учениками: R=const (R=2 Ом)
Из оборудования собирается цепь:
Результаты записывают в таблицу:
Напряжение U5
10
15
Сила тока I
2,5
5
7,5
Учащиеся анализируют результаты, строят график зависимости I(U)
2)Кроме напряжения на значение силы тока влияет сопротивление участка R.
Сопротивление – это физическая величина, характеризующая противодействие проводника направленному движению зарядов. R не зависит ни от I, ни от U, это свойство проводника. (слайд №5)
Что бы установить зависимость силы тока от сопротивления исследуем туже схему, теперь будем менять R.
Условие эксперимента: U=const( обговариваем с классом)(U=7 В)
Результаты записываем в таблицу:
Сопротивление R7
21
28
Сила тока I
1
3
4
Учащиеся анализируют результата, строят график зависимости I(R)
(слайд №6)
Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению
5.Закрепление
Теперь давайте прорешаем задачи на пройденную тему. Решение качественных и расчетных задач:
1) Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении напряжение на концах этого участка увеличить в 2 раза? (Увеличится в 2 раза )
2) Как изменится сила тока, если при постоянном напряжении сопротивление участка уменьшить в 4 раза? (Уменьшится в 4 раза )
3) Чему равно Напряжение, если сила тока на участке цепи 0,2А, а сопротивление этого участка 10Ом?
Дано:I=0,2 A
R=10 Ом
Решение:
Из закона Ома для участка цепи:
;
U=0,2 А*10 Ом=2 В
Ответ: U=2 В
U-?
4) Как изменится сопротивление участка, если напряжение на нем уменьшить в 3 раза? (Уменьшится в 3 раза)
Проверим ваши знания
ТЕСТ
1.
Сила тока в цепи электрического фонарика равна 0,3А. Какой заряд проходит при работе фонарика в течение 5мин.?
А) 0,001Кл Б) 0,06Кл В) 1,5Кл Г) 90Кл
Дано:I=0,3А
t=5мин
СИ
300с
Решение:
; q=I*t
q=0,3 А*300с=90 Кл
Ответ: Г
q-?
2. Сила тока в электрической цепи 2А, сопротивление лампы накаливания 14 Ом. Каково напряжение на лампе?
А) 0,125В Б) 7В В) 16В Г) 28В
Дано:I=2 A
R=14 Ом
Решение:
Из закона Ома для участка цепи:
;
U=2 А*14 Ом=28 В
Ответ: Г
U-?
3. Учитывая показания приборов, определите, чему равно сопротивление лампы.
А) 10.Ом Б) 1,6.Ом В) 0,1.Ом Г) 5.Ом
Дано:I=0,4 A
U=4В
Решение:
Из закона Ома для участка цепи:
;
.
Ответ: А
R-?
Запишем домашнюю работу (имеется в презентации) :
§44;Упр.19(1,2)
Лукашик №1286 на стр 160
Организационный момент ( 2 мин). Цель: подготовка учащихся к уроку, установление личного контакта учителя с учащимися | Наглядные (с использованием технических средств). | Учитель: Здравствуйте дети! Проверьте все ли у вас подготовлено к уроку. Сегодня на уроке мы с вами продолжим изучать мир | Приветствует учащихся. Делит учащихся на 2 группы. – | Слушают учителя; записывают число в рабочую тетрадь. Делятся на 2 группы. | Личностные: психологический настрой готовности учащихся к уроку. Регулятивные: саморегуляция. Коммуникативные: учебное сотрудничества с учителем и одноклассниками. | 2. Домашнее задание (2 мин) Цель: сообщить о домашнем задании | Наглядные (с использованием технических средств). Средство обучения: учебно-наглядные пособия (учебники) | п. 44, упражнение 29 (1-3 по рядам) Учитель: Д/З записана на доске, также она записана на слайде. | Задаёт задание и инструктирует по его выполнению. | Записывают д/з в дневник | Личностные: самоопределение Регулятивные: самостоятельность | 3.Актулизация знаний (6мин) Цель: Актуализировать опорные знания, организовать и направить познавательную деятельность | Репродуктивный. Групповая Организационно-педагогические средства (кроссворд). | У вас на столе лежат оценочные листки (приложение 1), куда вы будете вносить оценки за все ваши действия, а в конце выставите итоговую оценку за урок. Чтобы узнать тему нашего сегодняшнего урока, давайте решим кроссворд (приложение 3) и отгадаем выделенное слово по вертикали. Каждая группа выполняет эту работу, а потом мы проверим. -Какое выражение мы получили?Итак, тема нашего сегодняшнего урока – Закон Ома. – Откройте тетради и запишите тему урока: «Закон Ома для участка цепи». А почему он так называется? | Контролирует работу учащихся и регламентирует временные рамки этапа выполнения задания | Учащиеся разгадывают кроссворд Учащиеся называют тему, записывают в тетрадь. | Личностные: умение оценить усваиваемое содержание Регулятивные: оценка уровня усвоения материала Коммуникативные: взаимоконтроль и взаимопомощь | 4.Изучение нового материала (18 мин) Цель: сформировать знания о зависимости силы тока от напряжения, от сопротивления, закон Ома. | Наглядные (с использованием технических средств) и исследовательские. Работа в группах. Организационно-педагогические средства (карточки с заданиями: таблица, электрическая схема, графики). | Учитель: Давайте вообразим, что сегодня вы не просто учащиеся, а ученые, которым предстоит сделать очень важное открытие. В начале урока вы разделились на 2 группы. А теперь выберите лидера каждой группы: первая группа будет находить зависимость сила тока от напряжения на участке цепи при постоянном сопротивлении, вторая группа – зависимость сила тока от сопротивления проводника, при постоянном напряжении на его концах. Учитель: прежде чем приступить к выполнению задания вспомним с вами правила работы в группе, а также ТБ при работе с экспериментальными работами. (см слайд) На столах у вас есть все необходимое оборудование, а также схемы эксперимента и таблицы, которые необходимо заполнить, также результаты отразите графически (Приложение 2) 2. Через 10 минут вы должны представить результаты работы: показать таблицы и графики зависимости величин, и сделать выводы из проделанной вами работы. 3. Из проделанной вами работы выводится выражение, которая называется законом Ома для участка цепи. Закон Ома читается так: “Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению”. Данный закон немецкий физик Георг Ом открыл в 1827 году. Этот закониединица сопротивления были названыв честь этого ученого.Также запишите формулу Закона Ома. Найдите формулировку закона Ома в учебнике в параграфе 44 на стр 101. Учитель:Для чего же необходимо знать закон Ома? Пользуясь этим законом, мы можем рассчитать силу тока, зная напряжение и сопротивление, то есть, зная две величины, мы всегда можем найти третью. Для запоминания формулы закона Ома и последующего его применения для решения задач лучше пользоваться треугольником. | Знакомит с условиями задачи, дает листочки с электрической схемой, таблицей, графиком. Проводит инструктаж по ТБ, знакомит с правилами работы в группе, а также выдает оборудование. Контролирует, координирует работу учащихся и регламентирует временные рамки этапов выполнения заданий Формулирует закон Ома, представляет учащимся математическое выражение закона. Учитель прикрепляет таблицу с треугольником на магнитную доску и раскрывает, как им пользоваться. | Знакомится с инструктажем ТБ, вспоминают правила работы в группе. Получают задание, электрические схемы, оборудование. Выполняют задания, представляют результаты работы, оценивают работу, выставляют ее в таблицу и отображают результаты графически. Делают вывод Записывают Закон Ома для участка цепи, формулу закона Ома, находят в учебнике в параграфе 44 на стр. 101 формулировкузакона. Записывают формулы. | Личностные: формировать позитив в своих действиях. Регулятивные: уметь делать проверку по завершению выполненных заданий и внести коррективы, если это необходимо. Коммуникативные: умение строить логические выводы, взаимоконтроль и взаимопомощь | 5.Первичное закрепление урока (6 мин) Цель: воспроизведение и применение знаний при решении задачи | Частично-поисковые. Фронтальные. Наглядные (с использованием технических средств). По внешним признакам деятельности преподавателя и учащихся: решение задач Фронтальные | Учитель:Вернемся к закону, который мы получили, и посмотрим, как его можно применять для расчета одной величины, зная две другие. На экране представлены расчетные задачи: Чему равна сила тока в электрической лампочке карманного фонаря, если сопротивление нити накала 15 Ом? Лампочка подключена к батарее элементов напряжением 4,5 В? Какое значение напряжения показывает вольтметр? Выберите такое сопротивление проводника, чтобы амперметр показывал 1 А?. Определить силу тока в цепи, сопротивление которой 39 Ом, а напряжение 220В? Ответ: 5,6А | Организует фронтальную беседу организует решение задач | Решают задачи, записывают в тетради | Личностные: самоконтроль | 6. Первичное закрепление урока (5 мин) Цель: воспроизведение и применение знаний при решении задачи | Наглядные (с использованием технических средств). По внешним признакам деятельности преподавателя и учащихся: решение задач Фронтальные. | Логические задачи на понимание взаимосвязи между током, напряжением и сопротивлением цепи 2. Сопротивление цепи увеличили в 2 раза. Как изменится сила тока, если напряжение в цепи останется неизменным? Графические задачи: Пользуясь графиком зависимости силы тока от напряжения между его концами, определить сопротивление этого проводника. На рисунке изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением? | организует решение задач | решают задачу | Личностные: смыслообразование Регулятивные: исследование задания, инициативность деятельности | 7. Рефлексия (2 мин) Цель: Уметь обсуждать и анализировать результаты учебной деятельности своей и всего класса. | Репродуктивные. Фронтальные. | Учитель: Сегодня на уроке мы очень плодотворно поработали. А теперь пусть каждый из вас оценит урок. Продолжите предложение: сегодня я узнал… было интересно… было трудно… я выполнял задания… я понял, что… теперь я могу… я почувствовал, что… я научился… у меня получилось … я смог… я попробую… меня удивило… мне захотелось… Учитель: И так, мы сегодня изучили новую тему «Закон Ома в участке цепи». Сегодня за активную работу выставляются оценки……………………. Спасибо всем за урок. До свидания. | Организует рефлексию. Подводит итог урока; Выставляет оценки, учитывая оценку за знания, оценку группы и активность на уроке. Благодарит за работу, полезный и хороший труд. | Отвечают на вопросы учителя, осуществляют самооценку урока. Оценивают работу. | Личностные: умение оценить свою деятельность. Формировать позитив в своих действиях. Регулятивные: выделяют и осознают качества усвоение данного материала. Уметь делать проверку по завершению выполненных заданий. Коммуникативные: умение оценивать свои результаты и всего класса. |
Закон Ома 9,4 – Университетская физика, Том 2
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Опишите закон Ома
- Распознавать, когда применяется закон Ома, а когда нет.
До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление. Оказывается, многие материалы демонстрируют простую взаимосвязь между значениями этих свойств, известную как закон Ома.Многие другие материалы не демонстрируют эту взаимосвязь, поэтому, несмотря на то, что они называются законом Ома, они не считаются законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики. Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.
Описание закона Ома
Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В, . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :
.Это важное соотношение лежит в основе закона Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Это эмпирический закон, который означает, что это экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость возникает не всегда. Любой материал, компонент или устройство, подчиняющееся закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, называется омическим материалом или омическим компонентом. Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомный компонент.
Эксперимент Ома
В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток через различные простые электрические цепи, содержащие провода различной длины. Аналогичный эксперимент показан на рисунке 9.19. Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения. В этой простой схеме резистор включен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо разместить на резисторе (параллельно резистору).Ток измеряется амперметром, который должен быть на одной линии с резистором (последовательно с резистором).
Рис. 9.19. Экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством. (а) Когда батарея подключена, ток течет по часовой стрелке, а вольтметр и амперметр показывают положительные значения. (b) Когда выводы батареи переключаются, ток течет против часовой стрелки, а вольтметр и амперметр показывают отрицательные показания.
В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких различных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на рис. 9.19 (а), ток протекал по часовой стрелке, и показания вольтметра и амперметра были положительными. Изменится ли поведение тока, если ток течет в обратном направлении? Чтобы заставить ток течь в обратном направлении, выводы батареи можно переключить. При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, потому что ток протекал в обратном направлении, в данном случае против часовой стрелки.Результаты аналогичного эксперимента показаны на рисунке 9.20.
Рисунок 9.20 Резистор включен в цепь с батареей. Приложенное напряжение изменяется от -10,00 В до +10,00 В с шагом 1,00 В. На графике показаны значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.
В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от -10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе.Построен график зависимости напряжения от тока, и результат будет приблизительно линейным. Наклон линии – это сопротивление или напряжение, деленное на ток. Этот результат известен как закон Ома:
, где В, – напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I – ток, измеренный через объект в амперах, а R – сопротивление в единицах Ом. Как указывалось ранее, любое устройство, которое показывает линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство.Следовательно, резистор – это омическое устройство.
Пример 9.8
Измерение сопротивления
Угольный резистор при комнатной температуре (20 ° C) (20 ° C) подключен к батарее на 9,00 В, и ток, измеренный через резистор, составляет 3,00 мА. а) Какое сопротивление резистора измеряется в Ом? (b) Если температура резистора повышается до 60 ° C60 ° C путем нагрева резистора, каков ток через резистор?Стратегия
(а) Сопротивление можно найти с помощью закона Ома.Закон Ома гласит, что V = IRV = IR, поэтому сопротивление можно найти, используя R = V / IR = V / I.(b) Во-первых, сопротивление зависит от температуры, поэтому новое сопротивление после нагрева резистора можно найти, используя R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT). Ток можно найти с помощью закона Ома в виде I = V / RI = V / R.
Решение
- Используя закон Ома и решив сопротивление, получаем сопротивление при комнатной температуре: R = VI = 9,00 В 3,00 × 10−3A = 3,00 × 103 Ом = 3,00 кОм R = VI = 9,00 В 3,00 × 10−3A = 3,00 × 103 Ом = 3.00кОм.
- Сопротивление при 60 ° C60 ° C можно найти, используя R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT), где температурный коэффициент для углерода α = −0,0005α = −0,0005. R = R0 (1 + αΔT) = 3,00 × 103 (1−0,0005 (60 ° C − 20 ° C)) = 2,94 кОм R = R0 (1 + αΔT) = 3,00 × 103 (1−0,0005 (60 ° C − 20 ° C) ° C)) = 2,94 кОм.
Ток через нагретый резистор равен I = VR = 9,00 В 2,94 × 103 Ом = 3,06 × 10−3A = 3,06 мА I = VR = 9,00 В 2,94 × 103 Ом = 3,06 × 10−3A = 3,06 мА.
Значение
Изменение температуры на 40 ° C40 ° C привело к изменению тока на 2,00%. Это может показаться не очень большим изменением, но изменение электрических характеристик может сильно повлиять на цепи.По этой причине многие электронные устройства, такие как компьютеры, содержат вентиляторы для отвода тепла, рассеиваемого компонентами электрических цепей.Проверьте свое понимание 9,8
Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как V (t) = Vmaxsin (2πft) V (t) = Vmaxsin (2πft). Если к этому напряжению подключен резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома V = IRV = IR?
Неомические устройства не показывают линейной зависимости между напряжением и током. Одним из таких устройств является элемент полупроводниковой схемы, известный как диод.Диод – это схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Схема простой схемы, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на рисунке 9.21. Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.
Рис. 9.21 Диод – это полупроводниковое устройство, которое пропускает ток, только если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.
График зависимости тока от напряжения показан на рисунке 9.22. Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод находится под отрицательным потенциалом, а катод – под положительным потенциалом, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет чрезвычайно большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток – практически нулевой ток.По мере увеличения напряжения, приложенного к цепи, ток остается практически нулевым, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не будет проводить ток, как показано на рисунке 9.22. Когда аккумулятор и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. (Это причина наличия резистора в цепи; если бы его не было, ток стал бы очень большим.Из графика на рисунке 9.22 видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.
Рисунок 9.22 Когда напряжение на диоде отрицательное и небольшое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод проводит. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит.По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается примерно 0,7 В.
Закон Ома обычно формулируется как V = IRV = IR, но первоначально он был сформулирован как микроскопический вид с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля. Этот микроскопический вид предполагает, что пропорциональность V∝IV∝I обусловлена дрейфовой скоростью свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля. Как было сказано ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю.Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, имя которого мы еще раз увидим в следующей главе.
19,1 Закон Ома – Физика
Постоянный и переменный ток
Так же, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно перемещаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом. Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Электроны будут перемещаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец , ) по проводу и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец , ).
Рис. 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы, который позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Подчеркните, что электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательной клеммы.
Электрический ток – это скорость движения электрического заряда. Большой ток, такой как тот, который используется для запуска двигателя грузовика, перемещает большую величину очень быстро, тогда как небольшой ток, такой как тот, который используется для работы портативного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как
, где ΔQΔQ – это количество заряда, которое проходит через заданную область, а ΔtΔt – время, за которое заряд проходит мимо этой области.Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Один ампер – это один кулон в секунду, или
Электрический ток, движущийся по проволоке, во многом похож на ток воды, движущийся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, которые проходят мимо данного участка трубы. Как показано на рисунке 19.3, электрический ток очень похож. Мы подсчитываем количество электрических зарядов, протекающих по участку проводника; в данном случае провод.
Рис. 19.3 Электрический ток, движущийся по этому проводу, – это заряд, который проходит через поперечное сечение A, деленный на время, необходимое этому заряду, чтобы пройти через участок A .
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Обратите внимание на то, что носители заряда на этом рисунке положительны, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.
Предположим, что каждая частица q на рисунке 19.3 несет заряд q = 1nCq = 1nC, и в этом случае общий заряд будет равен ΔQ = 5q = 5nCΔQ = 5q = 5nC.Если эти заряды пройдут мимо области A и за время Δt = 1 нсΔt = 1 нс, то ток будет
I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.19,1
Обратите внимание, что мы присвоили зарядам на рис. 19.3 положительный заряд. Обычно отрицательные заряды – электроны – являются подвижным зарядом в проводах, как показано на рисунке 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току такой же величины, движущемуся влево, как показано на рисунке 19.4 мы определяем, что обычный ток течет в том направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.
Также обратите внимание, что один кулон – это значительная величина электрического заряда, поэтому 5 А – это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).
Рис. 19.4 (a) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, а положительные заряды движутся вправо.(б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево. Электрическое поле и ток по-прежнему справа.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Укажите, что электрическое поле одинаково в обоих случаях, и что ток направлен в направлении электрического поля.
Предупреждение о заблуждении
Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток – это , определяемое как как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются мобильными носителями заряда.Математически результат один и тот же, независимо от того, предположим ли мы, что положительный заряд течет в одну сторону или отрицательный заряд течет в противоположном направлении. Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения отверстий).
Snap Lab
Vegetable Current
Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, толкание большего количества частиц в один конец трубы приведет к вытеснению того же количества частиц из противоположного конца.Это создает поток частиц.
Найдите солому и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и засыпьте ее горошком. Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выходить из другого конца. Эта демонстрация представляет собой модель электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет собой подачу электроэнергии. В течение 30 секунд подсчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку.Когда закончите, вычислите горох, текущий , разделив количество горошин на время в секундах.
Обратите внимание, что поток гороха основан на том, что горох физически сталкивается друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.
Проверка захвата
Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый заряжен до 1 нКл. Если вы пропустите горошек через соломинку со скоростью четыре горошины в секунду, как бы вы рассчитали электрический ток, переносимый заряженным горошком?
- Измерьте длину соломинки, затем разделите на расход гороха и умножьте на расход на горошину.
- Умножьте расход гороха на расход гороха.
- Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока гороха и разделите на количество заряда на горошину.
- Разделите расход гороха на расход гороха.
Направление обычного тока – это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое.В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому отрицательные заряды движутся. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. То же самое и с нервными клетками. Чистые положительные токи относительно редки, но встречаются. История отмечает, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин описал ток как направление, в котором положительные заряды проходят через провод. Он назвал тип заряда, связанный с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они переносят ток во многих ситуациях.
Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. Д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рисунке 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, чтобы электроны двигались, требуется сила, создаваемая электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем ( дрейф ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.
Рис. 19.5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.
До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют током DC током.
Многие источники электроэнергии, такие как плотина гидроэлектростанции, показанная в начале этой главы, вырабатывают переменный ток, направление которого меняется взад и вперед. Переменный ток часто называют . Переменный ток . Переменный ток перемещается вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рисунке 19.6. Переменный ток, который исходит из обычной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого он плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается снова.
Рисунок 19.6 При переменном токе направление тока меняется на противоположное через равные промежутки времени. График вверху показывает зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют движению тока влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Ток регулярно и плавно чередуется между этими двумя максимумами.
Teacher Support
Teacher Support
Помогите ученикам интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а плавно переходит от одного максимума к противоположному максимуму и обратно. Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.
Устройства, использующие переменный ток, включают пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую мощность, когда вы подключаете их к розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока толкает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.
Однако во многих устройствах используется постоянный ток, например в компьютерах, сотовых телефонах, фонариках и автомобилях.Одним из источников постоянного тока является аккумулятор, который обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими выводами. Когда ваше устройство подключено к батарее, потенциал постоянного тока толкает заряд в одном направлении через цепь вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока – использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Маленькие трансформаторы, которые вы можете подключить к розетке, используются для зарядки вашего ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства. Люди обычно называют это зарядным устройством или батареей , но это трансформатор, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш преобразователь.
Рабочий пример
Ток при ударе молнии
Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, каков средний электрический ток в молнии?
Стратегия
Используйте определение тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt. Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов ΔQ = neΔQ = ne, где n = 1020n = 1020 – количество электронов, а e = −1.60 · 10−19Ce = −1.60 · 10−19C – заряд электрона. Это дает
ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C. ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C.19,2
Время Δt = 2 × 10–3 с Δt = 2 × 10–3 с – это продолжительность удара молнии.
Решение
Ток при ударе молнии
I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.19,3
Обсуждение
Отрицательный знак отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток должен течь от земли к облаку.
Рабочий пример
Средний ток для заряда конденсатора
В цепи, содержащей конденсатор и резистор, зарядка конденсатора емкостью 16 мкФ с использованием батареи 9 В. занимает 1 мин. Какой средний ток в это время?
Стратегия
Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C = QVC = QV.Когда конденсатор заряжается батареей 9 В, напряжение на конденсаторе будет V = 9VV = 9V. Это дает заряд
Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы можем найти средний ток.
Решение
Средний ток
I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА.19,5
Обсуждение
Этот небольшой ток типичен для тока, встречающегося в таких цепях.
Сопротивление и закон Ома
Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом похож на воду, текущую по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засорения и узкие участки в трубе. Эти препятствия замедляют ток через трубу. Точно так же электрический ток в проводе может быть замедлен многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале.Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление – это описание того, насколько провод или другой электрический компонент препятствует прохождению через него заряда. В XIX веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально обнаружил, что ток через проводник пропорционален падению напряжения на проводнике с током.
Константа пропорциональности – это сопротивление материала R , что приводит к
Это соотношение называется законом Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Закон Ома – это эмпирический закон, подобный закону трения, что означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицы сопротивления – вольт на ампер или В / А. Мы называем V / A Ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,
1 Ом = 1 В / А (1,4). 1 Ом = 1 В / А (1,4). ЗаконОма справедлив для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость).При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. Омические материалы включают в себя хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически неизменным в широком диапазоне напряжения и тока.
Watch Physics
Знакомство с электричеством, цепями, током и сопротивлением
В этом видео представлен закон Ома и простая электрическая схема.Говорящий использует аналогию давления, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет заряд двигаться. Он обращается к электрическому потенциалу как , электрическому давлению . Другой способ размышления об электрическом потенциале – это представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом замкнутом пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает другие вокруг себя. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в небольшом пространстве: какие бы частицы ни толкали к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица толкает друг друга.
Проверка захвата
Если вместо одного резистора R на схеме, показанной в видео, нарисовать два резистора с сопротивлением R каждый, что вы можете сказать о токе в цепи?
- Сила тока в цепи должна уменьшиться вдвое.
- Величина тока в цепи должна увеличиться вдвое.
- Ток в цепи должен оставаться неизменным.
- Величина тока в цепи увеличится вдвое.
Виртуальная физика
Закон Ома
Это моделирование имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным к батареям.Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и / или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий малых рассеивающих центров . Они представляют собой загрязнения или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.
Проверка захвата
В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение удвоить (например, с 3 В до 6 В), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?
- Сила тока удвоится.Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
- Сила тока удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
- Ток увеличится вдвое. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
- Ток уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
Рабочий пример
Сопротивление фары
Каково сопротивление автомобильной фары, через которую проходит 2,50 А при напряжении 12,0 В?
Стратегия
ЗаконОма говорит нам, что Vheadlight = IRheadlightVheadlight = IRheadlight. Падение напряжения при прохождении через фару – это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight = VbatteryVheadlight = Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.
Решение
Решение закона Ома для сопротивления фары дает
Vheadlight = IRheadlight Vbattery = IRheadlight Rheadlight = Vbattery I = 12V2.5A = 4.8Ω. Vheadlight = IRheadlightVbattery = IRheadlightRheadlight = VbatteryI = 12V2.5A = 4.8Ω.19,6
Обсуждение
Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивление в цепях обычно измеряется в кВт или МВт.
Рабочий пример
Определите сопротивление по графику “ток-напряжение”
Предположим, вы подаете на цепь несколько различных напряжений и измеряете ток, протекающий по цепи.График результатов показан на рисунке 19.7. Какое сопротивление цепи?
Рисунок 19.7 Линия показывает зависимость тока от напряжения. Обратите внимание, что ток указан в миллиамперах. Например, при 3 В ток составляет 0,003 А или 3 мА.
Стратегия
График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V = IRV = IR) константа пропорциональности – это сопротивление R . Поскольку на графике показан ток как функция напряжения, мы должны изменить закон Ома в следующей форме: I = VR = 1R × VI = VR = 1R × V.Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R. Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы сможем вычислить сопротивление R .
Решение
Наклон линии – это подъем , разделенный на пробег . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия поднимается на 1 мА (0,001 А) и проходит через напряжение 1 В. Таким образом, наклон линии равен
. наклон = 0.001A1V. Наклон = 0,001A1V.19,7
Приравнивая наклон к 1R1R и решая для R , получаем
1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом 1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом19,8
или 1 кОм.
Обсуждение
Это сопротивление больше, чем то, что мы обнаружили в предыдущем примере. Подобные сопротивления часто встречаются в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе. Обратите внимание, что если бы линия на рисунке 19.7 не была прямой, то материал не был бы омическим, и мы не смогли бы использовать закон Ома.Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются безомными.
9.5: Закон Ома – Физика LibreTexts
До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление. Оказывается, многие материалы демонстрируют простую взаимосвязь между значениями этих свойств, известную как закон Ома. Многие другие материалы не демонстрируют эту взаимосвязь, поэтому, несмотря на то, что они называются законом Ома, они не считаются законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики.Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.
Описание закона Ома
Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В. . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлическом проводе равен , прямо пропорционально приложенному напряжению :
\ [I \ propto V. \]
Это важное соотношение лежит в основе закона Ома .Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Это эмпирический закон, который означает, что это экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость возникает не всегда. Любой материал, компонент или устройство, которые подчиняются закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, известен как омический материал или омический компонент . Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомический компонент.
Эксперимент Ома
В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток через различные простые электрические цепи, содержащие провода различной длины. Похожий эксперимент показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения. В этой простой схеме резистор включен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо разместить на резисторе (параллельно резистору).Ток измеряется амперметром, который должен быть на одной линии с резистором (последовательно с резистором).
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством. (а) Когда батарея подключена, ток течет по часовой стрелке, а вольтметр и амперметр показывают положительные значения. (b) Когда выводы батареи переключаются, ток течет против часовой стрелки, а вольтметр и амперметр показывают отрицательные показания.В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких различных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1a} \), ток протекал по часовой стрелке, и показания вольтметра и амперметра были положительными. Изменится ли поведение тока, если ток течет в обратном направлении? Чтобы заставить ток течь в обратном направлении, выводы батареи можно переключить. При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, потому что ток протекал в обратном направлении, в данном случае против часовой стрелки.Результаты аналогичного эксперимента показаны на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): резистор вставлен в цепь с батареей. Приложенное напряжение изменяется от -10,00 В до +10,00 В с шагом 1,00 В. На графике показаны значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от -10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе.Построен график зависимости напряжения от тока, и результат будет приблизительно линейным. Наклон линии – это сопротивление или напряжение, деленное на ток. Этот результат известен как закон Ома :
.\ [V = IR \ label {Ohms} \]
, где В, – напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I – ток, измеренный через объект в амперах, а R – сопротивление в единицах Ом. Как указывалось ранее, любое устройство, которое показывает линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство.oC \) при нагревании резистора какой ток через резистор?
Стратегия
(a) Сопротивление можно найти с помощью закона Ома. Закон Ома гласит, что \ (V = IR \), поэтому сопротивление можно найти с помощью \ (R = V / I \).
(b) Во-первых, сопротивление зависит от температуры, поэтому новое сопротивление после нагрева резистора можно найти с помощью \ (R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T) \). Ток можно найти с помощью закона Ома в виде \ (I = V / R \).
Раствор
- Использование закона Ома и решение для сопротивления дает сопротивление при комнатной температуре: \ [R = \ dfrac {V} {I} = \ dfrac {9.oC \) привело к изменению тока на 2,00%. Это может показаться не очень большим изменением, но изменение электрических характеристик может сильно повлиять на цепи. По этой причине многие электронные устройства, такие как компьютеры, содержат вентиляторы для отвода тепла, рассеиваемого компонентами электрических цепей.
Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)
Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как \ (V (t) = V_ {max} sin \, (2 \ pi \, ft) \). Если к этому напряжению подключен резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома \ (V = IR \)?
- Ответ
Да, закон Ома все еще в силе.В каждый момент времени ток равен \ (I (t) = V (t) / R \), поэтому ток также является функцией времени, \ (I (t) = \ dfrac {V_ {max} } {R} \, sin \, (2 \ pi \, ft) \).
Моделирование: PhET
Посмотрите, как закон Ома (Equation \ ref {Ohms}) соотносится с простой схемой. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменяется ток по закону Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.
Неомические устройства не показывают линейной зависимости между напряжением и током.Одним из таких устройств является элемент полупроводниковой схемы, известный как диод . Диод – это схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Схема простой схемы, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Диод – это полупроводниковое устройство, которое пропускает ток, только если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.График зависимости тока от напряжения показан на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод находится под отрицательным потенциалом, а катод – под положительным потенциалом, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет чрезвычайно большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток – практически нулевой ток.Когда напряжение, приложенное к цепи, увеличивается, ток остается практически нулевым, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не будет проводить ток. Когда аккумулятор и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. (Это причина наличия резистора в цепи; если бы его не было, ток стал бы очень большим.) Из графика на рисунке \ (\ PageIndex {4} \) видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Когда напряжение на диоде отрицательное и небольшое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод проводит. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит.По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается примерно 0,7 В.Закон Ома обычно формулируется как \ (V = IR \), но первоначально он был заявлен как микроскопический вид, в с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля. Этот микроскопический взгляд предполагает, что пропорциональность \ (V \ propto I \) происходит от скорости дрейфа свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля. Как было сказано ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю.Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, имя которого мы еще раз увидим в следующей главе.
Electric Resistance – The Physics Hypertextbook
Обсуждение
введение
Йех! Что за беспорядок.
Проводимость: С. Грей, 1729 – Сопротивление: Георг Симон Ом, 1827.
Обычная версия…
I ∝ В
I = В ⇒ .В = ИК ⇒ .R = В R я Variableogy…
- количество: сопротивление R
единица: Ом [Ом] Георг Ом (1787–1854) Германия
Причудливая версия (магнитогидродинамическая версия?)…
J ∝ E
J = σ E ⇐ ⇒ .E = ρ J Добро пожаловать в символический ад…
Электрические свойства количество символ шт. символ собственности… сопротивление R Ом Ом объект проводимость г siemens S удельное сопротивление ρ Омметр Ом · м материалов проводимость σ siemens на метр См / м Закон Ома не серьезный закон.Это непростая физика. Разумные материалы и устройства подчиняются ему, но есть множество мошенников, которые этого не делают.
резисторы
Плохая выпивка портит наши молодые кишки, но водка идет хорошо.
Лучше постройте крышу над гаражом, пока фургон не намок.
Коды маркировки резисторов и конденсаторов цвет цифра множитель допуск tcr (10 −6 / К) нет ± 20% розовый 10 −3 серебристый 10 −2 ± 10% золото 10 -1 ± 5% черный 0 10 0+ ± 250 коричневый 1 10 1+ ± 1% ± 100 красный 2 10 2+ ± 2% ± 50 оранжевый 3 10 3+ ± 0.05% ± 15 желтый 4 10 4+ ± 0,02% ± 25 зеленый 5 10 5+ ± 0,50% ± 20 синий 6 10 6+ ± 0,25% ± 10 фиолетовый 7 ± 0.10% ± 5 серый 8 ± 0,01% ± 1 белый 9 материалы
Сопротивление и удельное сопротивление. Факторы, влияющие на сопротивление в проводящем проводе.
Проводники и изоляторы
Лучшие электрические проводники: серебро, медь, золото, алюминий, кальций, бериллий, вольфрам
Удельное сопротивление и проводимость взаимны.
Электропроводность металлов – это статистическая / термодинамическая величина.
Удельное сопротивление определяется рассеянием электронов. Чем больше рассеяние, тем выше сопротивление.
, где…
σ = Электропроводность [См / м] n = плотность свободных электронов [э / м 3 ] e = заряд электрона (1.60 × 10 −19 С) м e = масса электрона (9,11 × 10 −31 кг) v среднеквадратичное значение = Среднеквадратичная скорость электронов [м / с] ℓ = средняя длина свободного пробега [м] Графит
Кому принадлежит эта идея? Нихром был изобретен в 1906 году, что сделало возможными электрические тостеры.
Проводящие полимеры.
Удельное сопротивление выбранных материалов (~ 300 K)
(Обратите внимание на разницу в единицах измерения между металлами и неметаллами.)металлы ρ (нОм м) неметаллы ρ (Ом м) алюминий 26,5 оксид алюминия (14 ° C) 1 × 10 14 латунь 64 оксид алюминия (300 ° C) 3 × 10 11 хром 126 оксид алюминия (800 ° C) 4 × 10 6 медь 17.1 углерод аморфный 0,35 золото 22,1 карбон, алмаз 2,7 утюг 96,1 уголь, графит 650 × 10 −9 свинец 208 оксид индия и олова, тонкая пленка 2000 × 10 −9 литий 92.8 германий 0,46 ртуть (0 ° C) 941 пирекс 7740 40 000 марганец 1440 кварц 75 × 10 16 нихром 1500 кремний 640 никель 69,3 диоксид кремния (20 ° C) 1 × 10 13 палладий 105.4 диоксид кремния (600 ° C) 70 000 платина 105 диоксид кремния (1300 ° C) 0,004 плутоний 1414 вода, жидкость (0 ° C) 861 900 серебристый 15,9 вода, жидкость (25 ° C) 181 800 припой 150 вода, жидкость (100 ° C) 12,740 сталь гладкая 180 сталь, нержавеющая 720 тантал 131 банка (0 ° C) 115 титан (0 ° C) 390 вольфрам 52.8 уран (0 ° C) 280 цинк 59 температура
Общее правило – удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры в проводниках и уменьшается с увеличением температуры в изоляторах. К сожалению, не существует простой математической функции для описания этих отношений.
Температурную зависимость удельного сопротивления (или обратной проводимости) можно понять только с помощью квантовой механики. Точно так же, как материя представляет собой совокупность микроскопических частиц, называемых атомами, а луч света – это поток микроскопических частиц, называемых фотонами, тепловые колебания в твердом теле представляют собой рой микроскопических частиц, называемых фононами . Электроны пытаются дрейфовать к положительному полюсу батареи, но фононы продолжают врезаться в них.Случайное направление этих столкновений нарушает попытку организованного движения электронов против электрического поля. Отклонение или рассеяние электронов на фононах – один из источников сопротивления. С повышением температуры количество фононов увеличивается, а вместе с ним и вероятность столкновения электронов и фононов. Таким образом, когда температура повышается, сопротивление повышается.
Для некоторых материалов удельное сопротивление линейно зависит от температуры.
ρ = ρ 0 (1 + α ( T – T 0 ))
Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой.В случае меди зависимость между удельным сопротивлением и температурой примерно линейна в широком диапазоне температур.
Для других материалов лучше работает соотношение сил.
ρ = ρ 0 ( T / T 0 ) μ
Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой. В случае вольфрама зависимость между удельным сопротивлением и температурой лучше всего описывается соотношением мощности.
см. Также: сверхпроводимость
разное
магнитосопротивление
фотопроводимость
жидкости
электролиты
газы
пробой диэлектрика
плазма
микрофоны
Угольный микрофон – ничто задом наперед
Микрофоны и принцип их работы тип звуков производят
изменений в…, что вызывает
изменений в…, что приводит к
изменениям в…углерод Плотность гранул сопротивление напряжение конденсатор разделение тарелок емкость напряжение динамический расположение змеевика флюс напряжение пьезоэлектрический компрессия поляризация напряжение Electric Power – The Physics Hypertextbook
Обсуждение
Джеймс Джоуль (1818–1889) Англия проверил закон Ома и определил, что тепло, передаваемое проводником, прямо пропорционально его сопротивлению и квадрату тока, проходящего через него.
Таким образом, мы видим, что когда ток гальванического электричества распространяется по металлическому проводнику, тепло, выделяемое за данный момент времени, пропорционально сопротивлению проводника, умноженному на квадрат электрической напряженности.
Джеймс Прескотт Джоуль, 1841
Электроэнергия из определения мощности. Умножьте на единицу и замените переменные в знаменателе. Посмотрите, что это нам дает.
P = Вт = Вт q = Вт q = ВИ т т q q т Это первоначальное определение ватта как единицы мощности.
Другая единица, которую я бы предложил добавить в список, – это мощность. Мощность, передаваемая током ампера через разность потенциалов в вольт, является единицей, соответствующей практической системе. Его уместно назвать ваттом в честь великого ума механиков Джеймса Ватта. Он был первым, кто имел четкое физическое представление о силе и дал рациональный метод ее измерения. Таким образом, ватт выражает мощность усилителя, умноженную на вольт, в то время как мощность в лошадиных силах составляет 746 ватт, а мощность – 735.
Карл Вильгельм Сименс, 1882
Лошадиная сила – это единица измерения мощности, изобретенная Джеймсом Ваттом. cheval de vapeur (буквально «конь пара») – это французское название того, что на английском языке часто называют метрической мощностью. Интересно, что французы называют мощность Джеймса Ватта le cheval-vapeur britannique .
Мощность по току. Снимаем напряжение подстановкой из закона Ома.
P = VI = ( IR ) I = I 2 R
Мощность по напряжению.Убрать ток по закону Ома.
P = VI = V В = В 2 R R Вкратце…
Потребительские дела…
Часть счета за электроэнергию бытовым потребителем. Коммунальные предприятия продают электроэнергию по киловатт-часам; блок, упрощающий расчет эксплуатационных расходов на электрические устройства.Энергия, потребляемая во время этого конкретного цикла выставления счетов, была довольно низкой (по сравнению с аналогичными потребителями), но тариф, взимаемый этим коммунальным предприятием, был примерно вдвое выше среднего по США в 2000 году.
Обычные (на основе меди) кабели могут передавать мощность (от 40 до 600 МВт) при высоком напряжении (от 40 до 345 кВ)
Аналогичный счет от 2015 года.
Потеря линии
P потеря = I 2 нагрузка R строка = ⎛
⎜
⎝P нагрузка ⎞ 2
⎟
⎠R линия V линия и доля потерь.
доля потерь = P убыток = P нагрузка R строка P нагрузка В 2 линия Закон Ома | физика | Britannica
Закон Ома , описание взаимосвязи между током, напряжением и сопротивлением.Величина постоянного тока через большое количество материалов прямо пропорциональна разности потенциалов или напряжению на материалах. Таким образом, если напряжение В (в единицах вольт) между двумя концами провода, сделанного из одного из этих материалов, утроится, ток I (амперы) также утроится; и частное V / I остается постоянным. Частное В / I для данного куска материала называется его сопротивлением, R, , измеренным в единицах, называемых омами.Сопротивление материалов, для которых действует закон Ома, не изменяется в огромных диапазонах напряжения и тока. Математически закон Ома может быть выражен как V / I = R . То, что сопротивление или отношение напряжения к току для всей или части электрической цепи при фиксированной температуре обычно является постоянным, было установлено к 1827 году в результате исследований немецкого физика Георга Симона Ома.
Альтернативные утверждения закона Ома заключаются в том, что ток I в проводнике равен разности потенциалов В поперек проводника, деленной на сопротивление проводника, или просто I = В / R , и что разность потенциалов в проводнике равна произведению тока в проводнике и его сопротивления, В = IR .В цепи, в которой разность потенциалов или напряжение постоянна, ток может быть уменьшен путем добавления большего сопротивления или увеличен путем удаления некоторого сопротивления. Закон Ома также может быть выражен в терминах электродвижущей силы или напряжения E источника электроэнергии, такого как батарея. Например, I = E / R .
С изменениями закон Ома применяется также к цепям переменного тока, в которых соотношение между напряжением и током более сложное, чем для постоянного тока.Именно из-за того, что ток меняется, помимо сопротивления, возникают другие формы противодействия току, называемые реактивным сопротивлением. Комбинация сопротивления и реактивного сопротивления называется импедансом, Z. Когда полное сопротивление, эквивалентное отношению напряжения к току, в цепи переменного тока является постоянным, обычно применяется закон Ома. Например, V / I = Z .
С дальнейшими изменениями закон Ома был расширен до постоянного отношения магнитодвижущей силы к магнитному потоку в магнитной цепи.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасПример закона Ома
Аронс А. (1999) Индуктивное и дедуктивное обучение концепциям и теориям: использование исторической основы
. В: Труды конференции по истории, философии и преподаванию естественных наук, Университет
Калгари, стр. 49–63
Барлоу П. (1825 г.) О законах электромагнитного действия в зависимости от длины и размеров проводника
. проволока и т. д.Edinb Philos J 12: 105–114
Бауман Р.П. (1980) Гидравлические модели для элементов электрических цепей. Учитель физики 18 (5): 378–380
Беккерель AC (1823a) Du de
´
veloppement de l’e
´
lectricite
´
par le contact deux portions d’une me
ˆ
me metal,
dans un etat suf samment ine
´
gal de temperature и т. Д. Annales de Chimie et de Physique 23: 135–154
Беккерель AC (1823b) Desffects e
lectriques qui se кулон диверсифицирует действия химиков.
Annales de Chimie et de Physique 23: 244–258
Becquerel AC (1826) Du pouvoir conducteur de l’e
´
лектрицит
´
dans les me
´ 9000 l’intensite
×
de la force
e
×
lectrodynamique и т. д. Annales de Chimie et de Physique 32: 420–430
Beiser A, Krauskopf K (1964) Введение в физику и химию. McGraw-Hill Books, Нью-Йорк
Boutet de Monvel B (1863) Cours de Physique.L. Hachette, Paris, стр. 515–516
Buster S (1995) Использование исторического подхода во избежание неправильных представлений учащихся об электричестве
. В: Finley F et al (eds) Proceedings of the третьей международной конференции по истории, философии и науке
. Университет Миннесоты, Миннеаполис, Миннесота, стр 170–175
Кэмпбелл Н. (1957) Основы науки. Dover Publications, New York
Cavendish H (1771) Попытка объяснить некоторые из основных явлений электричества с помощью упругой жидкости
.Philos Trans R Soc Lond 61: 584–677
Chappuis J, Berget A (1891) Lec¸ons de Physique ge
´
ne
´
rale, 3 vols. Gauthier-Villars, Paris, Version 2, p. 147
Children JG (1809) Отчет о некоторых экспериментах, проведенных с целью определения наиболее передового метода построения гальванического аппарата для целей химических исследований. J Natur
Philos, Chem Arts 24: 150–155
Christie SH (1833) Бейкерская лекция.—Экспериментальное определение закономерностей магнитоэлектрической индукции
в разных массах одного и того же металла и ее интенсивности в разных металлах. Philos Trans R
Soc Lond 123: 95–142
Cohen R (1976) Физические науки. Холт, Райнхарт и Уинстон, Нью-Йорк и др.
Коэн Р и др. (1983) Разница потенциалов и ток в простых электрических цепях: исследование концепций студентов
. Am J Phys 51 (5): 407–412
Камминг Дж. (1822a) О связи гальванизма и магнетизма.Trans Camb Philos Soc 1: 269–279
Камминг Дж. (1822b) Применение магнетизма как меры электричества. Trans Camb Philos Soc
1: 281–286
Cuthbertson J (1804) Письмо, сообщающее о важном и любопытном отличительном свойстве между гальваническими и электрическими жидкостями
. J Nat Philos Chem Arts 8 (97–8): 205–206
Daguin P (1863) Cours de Physique e
´
le
´
mentaire. E. Privat, Тулуза; Ф.Танду, Париж
Дэви Х. (1821a) О магнитных явлениях, порождаемых электричеством. Philos Trans R Soc Lond 111: 7–19
Дэви Х. (1821b) Дальнейшие исследования магнитных явлений, производимых электричеством; с некоторыми новыми экспериментами
по свойствам наэлектризованных тел в их отношении к проводящей мощности и температуре. Philos Trans R Soc Lond 111: 425–439
Driver R et al (1994) Осмысление вторичной науки: исследование детских идей.Рутледж, Лондон
Дафф А. (1925) Физический колледж. Longmans, Green and Co, New York,
Dupin J, Johsua S (1989) Аналогии и «моделирующие аналогии» в обучении: некоторые примеры в области базового электричества
. Sci Edu 73 (2): 207–224
Элдридж Дж. (1940) Физика колледжа, 2-е изд. Wiley & Sons, Нью-Йорк
Fechner GT (1831) Massbestimmungen u
¨
ber die galvanische Kette, FA Brockhaus, Leipzig
Gavarret J (1858) Traite
´
d’e лектрицит
×
, 2 тт.Victor Masson, Paris, vol 2
Giere R (1988) Объяснение науки: когнитивный подход.