Единица сопротивления. Расчёт сопротивления
Как определить один ом, установить влияние длины, площади сечения и материала проводника, различить сопротивление и удельное сопротивление и применить формулу R = ρℓ/S.
Конспект урока
Перед тобой три провода. Один длиннее, другой толще, третий изготовлен из другого металла. Какой из них сильнее препятствует электрическому току? Одного взгляда недостаточно: нужно менять по одному условию и сравнивать честно.
Безопасность. Реальный опыт выполняют только с исправным учебным источником низкого напряжения. Источник выключают, а ключ размыкают перед каждой заменой проводника. Амперметр включают последовательно. Ключ замыкают кратковременно, чтобы проволока не нагревалась.
Один ом
Из закона Ома для участка цепи
получаем выражение для сопротивления:
Если напряжение на концах проводника равно , а сила тока в нём равна , то сопротивление проводника равно :
Для больших сопротивлений используют кратные единицы:
Сопротивление можно найти по измеренным и или измерить омметром при соблюдении инструкции к прибору.
Почему металл сопротивляется току
Это учебная модель, а не микрофотография. Свободные электроны участвуют в тепловом движении и под действием электрического поля приобретают направленное движение. В металлическом проводнике они взаимодействуют с частицами кристаллической решётки. Эти взаимодействия затрудняют направленное движение и сопровождаются передачей энергии решётке — проводник может нагреваться.
Теперь проверим, какие свойства конкретного проводника определяют его сопротивление . Во всех сравнениях считаем температуру постоянной. Для реального измерения к каждому образцу прикладывают одно и то же измеренное напряжение , записывают силу тока и вычисляют . Если демонстрационного набора нет, используют заранее подготовленную таблицу , и ; указанные ниже точные отношения относятся к идеализированным данным и затем подтверждаются формулой.
Опыт 1. Меняем только длину
Берём два проводника из одного материала с одинаковой площадью поперечного сечения. Второй проводник в два раза длиннее первого.
| Что сохраняем | Что изменяем | Что наблюдаем |
|---|---|---|
| материал и |
При прочих равных сопротивление прямо пропорционально длине:
Чем длиннее путь направленного движения электронов, тем больше взаимодействий с решёткой приходится на этот путь.
Опыт 2. Меняем только площадь сечения
Теперь материал и длина одинаковы, а площадь поперечного сечения второго проводника в два раза больше.
| Что сохраняем | Что изменяем | Что наблюдаем |
|---|---|---|
| материал и |
При прочих равных сопротивление обратно пропорционально площади поперечного сечения:
Толстый провод имеет больше доступных путей для движения носителей заряда, поэтому его сопротивление меньше, а не больше.
Опыт 3. Меняем только материал
Кадр показывает контролируемое сравнение: длина и диаметр образцов одинаковы. Численные выводы делают по измерениям и с расчётом или по проверенным табличным данным.
Даже при одинаковых и проводники из разных веществ имеют разные сопротивления. Свойство материала характеризует удельное сопротивление .
| Материал при | , |
|---|---|
| медь | 0,017 |
| алюминий | 0,028 |
| железо | 0,10 |
| нихром | 1,1 |
Удельное сопротивление — свойство материала, а сопротивление — характеристика конкретного проводника. Число в таблице равно сопротивлению образца этого материала длиной и площадью сечения при указанной температуре. Нельзя заменять одну величину другой.
Формула сопротивления проводника
Объединим три зависимости:
Здесь:
- — сопротивление проводника;
- — удельное сопротивление материала;
- — длина проводника;
- — площадь его поперечного сечения.
Если дано в , удобно подставлять в метрах, а — в квадратных миллиметрах. Тогда ответ получится в омах.
Разобранный пример
Нихромовая проволока имеет , длину и площадь сечения . Найдём сопротивление.
Проверим результат:
- единицы и сократились, остался ом;
- увеличение длины увеличило сопротивление;
- уменьшение площади сечения увеличило сопротивление.
Частые ошибки
| Ошибка | Как исправить рассуждение |
|---|---|
| «Толстый провод сопротивляется сильнее: материала больше» | При большем сопротивление меньше: . |
| « — сопротивление любого куска вещества» | характеризует материал, а зависит ещё от и . |
| «Из следует, что рост обязательно увеличивает » | Для рассматриваемого металлического проводника при постоянной температуре и меняются согласованно. |
| «Можно подставить в к таблице в » | Перед подстановкой выбирают согласованный набор единиц. |
Проверь себя
- Как изменится сопротивление, если длину проводника увеличить в три раза, не меняя материал и сечение?
- Как изменится сопротивление, если площадь сечения увеличить в четыре раза?
- Чем сопротивление отличается от удельного сопротивления ?
- Какое сопротивление имеет медный провод длиной и площадью сечения , если ?
- Длину провода увеличили в два раза, а площадь сечения — в четыре раза. Как изменилось ?
- Почему при сравнении проводников ключ замыкают кратковременно?
Итог
- Сопротивление измеряют в омах: .
- Сопротивление конкретного проводника растёт с длиной и уменьшается с площадью сечения.
- Удельное сопротивление характеризует материал при заданной температуре.
- Расчётная формула: .
- Перед подстановкой обязательно согласуют единицы.
Ответы
- Увеличится в три раза, потому что .
- Уменьшится в четыре раза, потому что .
- относится к конкретному проводнику и зависит от материала, длины и сечения; характеризует материал при заданной температуре.
Сопротивление уменьшилось в два раза. 6. Чтобы проводник не успел заметно нагреться: температура влияет на сопротивление и нарушила бы условие честного сравнения.
10 вопросов по теме «Единица сопротивления. Расчёт сопротивления». Выбери ответ, прочитай объяснение и попробуй ещё раз, если ошибся.
Открыть отдельноВопрос 1 из 10
ТренировкаБез отметки и ограничения времени. Первый ответ учитывается отдельно от исправлений. При обновлении страницы ответы сбросятся.
Скачать и открыть
Материалы урока
3 материалаПодготовка к уроку
2 материала· для учителей
Исследовательский урок: определение ома, контролируемые сравнения длины, площади сечения и материала, удельное сопротивление, формула R = ρℓ/S, согласование единиц и задача на нихром.
Презентация · MediaSchool
Единица и расчёт сопротивления: три контролируемых сравнения, различение R и ρ, формула R = ρℓ/S, строка единиц, расчётная задача, рабочий лист, ключи и адаптация.
Методичка · MediaSchool
Проверка знаний
1 материал· для учеников
10 вопросов с объяснениями и повторной попыткой.
Проверочная
От сообщества
Материалы сообщества0
Дополнения от учителей к этому уроку. Проверены модерацией, но не являются редакционным контентом MediaSchool.
Поделитесь первым материалом
Рабочий лист, презентация или методичка помогут другим учителям подготовиться к уроку.
Комментарии
Войдите, чтобы оставлять комментарии.
Пока нет комментариев. Будьте первым!