Подготавливаем формулы…
Сопротивление и закон Ома
Автор курса · Команда Небулс
Почему проводник сопротивляется току
Электроны в металле ускоряются полем, но сталкиваются с ионами решётки и передают им энергию. Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Его измеряют в омах.
Для однородного проводника сопротивление зависит от материала и геометрии:
Удельное сопротивление измеряют в . Длинный провод сопротивляется сильнее, толстый — слабее. У металлов сопротивление обычно растёт с температурой: в ограниченном интервале.
Линейная вольт-амперная характеристика и однородный резистор, сопротивление которого зависит от длины, площади сечения и материала.
Закон Ома для участка
Закон Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению при неизменных физических условиях.
Закон связывает характеристики участка, а не утверждает, что сопротивление всегда равно постоянной. Для металлического резистора при стабильной температуре график — прямая через начало. Лампа накаливания нагревается, её растёт, и характеристика становится нелинейной.
Работа и нагрев
Поле совершает работу при прохождении заряда. Мощность участка можно записать несколькими эквивалентными способами:
Закон Джоуля — Ленца для выделившейся теплоты имеет вид , если электрическая энергия полностью переходит во внутреннюю. При фиксированном токе больше нагревается большее сопротивление, а при фиксированном напряжении — меньшее. Поэтому перед сравнением нужно понять, какая величина одинакова.
Пример и измерение
Резистор подключён к напряжению . По закону Ома ток равен , мощность — , а за две минуты выделится теплоты. Эти результаты согласуются с определениями тока и напряжения.
Омметр измеряет сопротивление своим внутренним источником, поэтому его нельзя подключать к участку под напряжением. Сопротивление соединительных проводов часто мало, но при больших токах даже оно вызывает нагрев и падение напряжения.
Реостат регулирует ток изменением длины включённого участка сопротивления: при перемещении ползунка меняется в формуле . Подключают ползунок и один конец обмотки; если подключить только два неподвижных конца, перемещение ползунка сопротивление не изменит. Электрический счётчик измеряет энергию, а не мощность: . Прибор мощностью за расходует .
В работе Изучение закона Ома для участка цепи измеряйте ток при разных напряжениях. Сравните график с прямой и проверьте, в каких условиях можно считать сопротивление постоянным. Затем свяжите измерения с работами Измерение работы электрического тока и Измерение электрической мощности.