Лекция «Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи.»
план-конспект урока по физике (7 класс)

Лекция «Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи.»

Введение

На предыдущих уроках мы рассматривали две важные характеристики тока – это сила и напряжение. Для того чтобы выяснить, как эти величины связаны между собой, мы рассмотрим влияние электрических элементов на прохождение тока в цепи и введём понятие электрического сопротивления.

Зависимость тока в проводнике от напряжения на его концах. Электрическое сопротивление проводника

Проведём эксперимент, для этого соединим источник тока с проводником (резистором), к которому последовательно подключим амперметр (для измерения силы тока на резисторе), а параллельно – вольтметр (для измерения напряжения на резисторе) (см. рис. 1). Первоначально, при напряжении 1 В, сила тока равна 1 А. При увеличении напряжения в 2 раза, до 2 В, сила тока увеличилась также в 2 раза (2 А) (см. рис. 2).

Рис. 1. Электрическая схема для эксперимента

Из опыта видно, что при увеличении или уменьшении напряжения на концах проводника во столько же раз увеличится или уменьшится сила тока в проводнике. Такую зависимость впервые экспериментально получил немецкий учёный Георг Ом в 1826 году. Из курса математики известно, что её можно записать в таком виде:

,

где I – сила тока; U – напряжение; k – коэффициент пропорциональности.

Представим зависимость в виде графика (см. рис. 3). Такой график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах называют вольтамперной характеристикой (также может быть представлена в виде таблицы).

Рис. 2. Показания амперметра при изменении напряжения

Рис. 3. Вольтамперная характеристика проводника

Для следующего эксперимента соберём электрическую схему аналогично предыдущему, заменив в ней проводник (см. рис. 4).  Первоначально, при напряжении около 1,5 В, сила тока равна примерно 0,3 А. При увеличении напряжения до 3 В, сила тока увеличится примерно до 0,6 А (см. рис. 5).

Проведя опыты с различными проводниками, установили, что сила тока в проводнике всегда пропорциональна напряжению на его концах, при этом коэффициент пропорциональности зависит от проводника. Таким образом, сила тока в проводнике зависит не только от напряжения на его концах, но и от свойства проводника. То есть зависимость  можно записать так:

 или ,

где R – электрическое сопротивление проводника.

Величина  – проводимость. Единица измерения проводимости называется сименсом (См), названная в честь немецкого физика Эрнеста Сименса. 1 См – электрическая проводимость проводника с сопротивлением 1 Ом.

При одинаковом напряжении на концах проводников, сила тока меньше в том проводнике, который обладает большим сопротивлением. То есть чем больше сопротивление проводника, тем сильнее проводник противодействует прохождению тока. При этом часть электрической энергии превращается во внутреннюю энергию проводника.

Электрическое сопротивление – это физическая величина, характеризующая свойство проводника противодействовать электрическому току. Единица сопротивления в СИ – Ом.

1 Ом – это сопротивление проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А.

Закон Ома для участка цепи

Всё, что известно о сопротивлении проводников, а также о зависимости силы тока от напряжения на концах проводника, верно и для участка цепи с любым количеством проводников. То есть можно сформулировать закон Ома для участка цепи:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи:

,

где R – сопротивление участка цепи, которое зависит только от свойств проводников, составляющих участок.

Закон Ома – один из важнейших физических законов, большая часть расчётов электрических цепей в электротехнике базируется на этом законе.

Итоги урока

На этом уроке мы рассмотрели важную характеристику электрической цепи и её элементов – сопротивление. Увидели зависимость силы тока на участке цепи от напряжения и сформулировали закон Ома для участка цепи.