Как найти сопротивление реостата формула

Для рассмотрения характеристик электрических параметров рассмотрим назначение приборов:

1. сила тока в цепи определяется амперметров, который подключается последовательно с соблюдением полярности;
2. напряжение на участке цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно к тому участку или прибору, на котором нужно узнать разность потенциалов или напряжения;
3. на деревянной изолирующей подставке — устройство, имеющее провода с различными значениями сопротивления;
4. значение тока можно регулировать реостатом.

Рис. (1). Цепь с возможностью выбора проводника

Определим физические параметры (величины), влияющие на значение сопротивления проводника.

Эксперимент (1). Физическая величина — длина (прямая пропорциональность).

Эксперимент (2). Физическая величина — площадь поперечного сечения (обратная пропорциональность).

Эксперимент (3). Материал проводника, физическая величина — удельное сопротивление проводника (прямая пропорциональность).

Примечание: «эксперимент» следует понимать как включение в электрическую цепь проводников с конкретными одинаковыми и различающимися физическими параметрами и сравнение значений сопротивлений данных проводников.

Впервые зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он изготовлен, и от длины проводника обнаружил немецкий физик Георг Ом. Он установил:

Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причём у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход её в другой сосуд по толстой трубке произойдёт гораздо быстрее, чем по тонкой, т.е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т.е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.

Удельное сопротивление проводника зависит от строения вещества. Электроны при движении внутри металлов взаимодействуют с атомами (ионами), находящимися в узлах кристаллической решётки. Чем выше температура вещества, тем сильнее колеблются атомы и тем больше удельное сопротивление проводников.

В таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при (20) °С.

При проводке электрических цепей, например, в квартирах не используют серебро, т.к. это дорого. Зато используют медь и алюминий, так как эти вещества обладают малым удельным сопротивлением.
Порой необходимы приборы, сопротивление которых должно быть большим. В этом случаем необходимо использовать вещество или сплав с большим удельным сопротивлением. Например, нихром.

Полиэтилен, дерево, стекло и многие другие материалы отличаются очень большим удельным сопротивлением. Поэтому они не проводят электрический ток. Такие материалы называют диэлектриками или изоляторами.

Очень часто нам приходится изменять силу тока в цепи. Иногда мы ее увеличиваем, иногда уменьшаем. Водитель трамвая или троллейбуса изменяет силу тока в электродвигателе, тем самым увеличивая или уменьшая скорость транспорта. 

Реостат на рисунке состоит из провода с большим удельным сопротивлением (никелин, нихром), по которому передвигается подвижный контакт (C) по длине провода, плавно изменяя сопротивление реостата. Сопротивление такого реостата пропорционально длине провода между подвижным контактом (C) и неподвижным (A). Чем длиннее провод, тем больше сопротивление участка цепи и меньше сила тока. С помощью вольтметра и амперметра можно проследить эту зависимость.

Рис. (2). Реостат с подвижным контактом

На школьных лабораторных занятиях используют переменное сопротивление — ползунковый реостат.

Рис. (3). Ползунковый реостат

Он состоит из изолирующего керамического цилиндра, на который намотан провод с большим удельным сопротивлением. Витки проволоки должны быть изолированы друг от друга, поэтому либо проволоку обрабатывают графитом, либо оставляют на проволоке слой окалины. Сверху над проволочной обмоткой закреплен металлический стержень, по которому  перемещается ползунок. Контакты ползунка плотно прижаты в виткам и при движении изолирующий слой графиты или окалины стирается, и тогда электрический ток может проходить от витков проволоки к ползунку, через него подводиться к стержню, имеющему на конце зажим (1).

Для соединения реостата в цепь используют зажим (1) и зажим (2). Ток, поступая через зажим (2), идёт по никелиновой проволоке и через ползунок подаётся на зажим (1). Перемещая ползунок от (2) к (1), можно увеличивать длину провода, в котором течёт ток, а значит, и сопротивление реостата.

Как и любой электрический прибор, реостат имеет допустимое значение силы тока, свыше которого прибор может перегореть. Маркировка реостата содержит диапазон его сопротивления и максимальное допустимое значение силы тока.

Существуют реостаты, в которых переключатель подключается на проводники заданной длины и сопротивления: каждая спираль реостата имеет определённое сопротивление. Поэтому плавно изменять силу тока с помощью такого прибора не получится.

Рис. (4). Реостат с переключением

Расчет реостатов.

Для
изменения силы тока в электрической
цепи в нее можно включить реостат. Он
включается в электрическую цепь
последовательно и гасит «лишнее»
напряжение в ней.

Рассмотрим
задачу: «В
сети напряжение 220 В. Имеется электрическая
лампа с параметрами: U=127В,
P=100Вт.
Рассчитать, какой реостат необходимо
взять, чтобы при включении в данную
сеть лампа горела полным накалом?».

Решение.

Реостатом
необходимо погасить «лишнее» напряжение.

U_реост
=220 В- 127 В = 93 В., т.е. 93 В. должны
приходиться на реостат.

Ток
на реостате будет определяться нагрузкой
(лампой). Его можно найти по формуле
I=P/U_л
, где U_л=127В,
а
P=100Вт.

Таким
образом, I=100Вт/127
В=0,8А – ток через лампу (на реостате).

Сопротивление
реостата можно найти из закона Ома для
участка цепи: R=U_реост./
I;

Таким
образом R=93В/
0,8А=120 Ом.

Вывод:
реостат должен иметь сопротивление не
менее 120 Ом и рассчитан на ток не менее
0,8 А.

Таким
образам, реостат необходимо выбирать
по двум параметрам (по силе тока и
сопротивлению, которые указываются на
самих реостатах, а также в их паспортах).

Техника безопасности.

1. Прежде,
   чем включать электроизмерительный
   прибор в электрическую цепь, необходимо
   посмотреть цену деления прибора,
   максимальный ток и напряжение на которые
   он рассчитан.

2. Не
   включать амперметр без шунта и вольтметр
   без добавочного сопротивления в
   электрическую цепь.

3. Не
   подключать собранную электрическую
   цепь к источнику тока без проверки
   схемы преподавателем!!!

Практическая часть работы.

1. Проверьте
   комплектность демонстрационного
   амперметра и вольтметра (наличие шунтов,
   добавочных сопротивлений и съёмных
   шкал). Запишите:

____________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________

1. Подготовьте
   демонстрационный амперметр для измерения
   постоянного тока 1 А и демонстрационный
   вольтметр для измерения постоянного
   напряжения 3 В. Пригласите преподавателя
   для проверки.

2. Подготовьте
   демонстрационный вольтметр для измерения
   переменного тока 6А и демонстрационный
   вольтметр для измерения переменного
   напряжения 7 В. Пригласите преподавателя
   для проверки.

3. Рассчитайте,
   какой реостат необходимо взять для
   того, чтобы лампу на 3,5 В можно было бы
   включить в цепь с источником постоянного
   напряжения на 6В. Выберите этот реостат
   из предложенных вам.

Расчет
реостата.

____________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________

1. Соберите
   последовательно электрическую цепь,
   состоящую из источника питания(выпрямитель
   ВС-24М или ВС 4-12), лампочки на 3,5В,
   демонстрационного амперметра, выбранного
   вами реостата, ключа. Подключите
   параллельно электрической лампочке
   демонстрационный вольтметр. Выставьте
   на выпрямителе выходное напряжение
   6В.

Замкните
электрическую цепь. Измерьте силу тока
в цепи и напряжение на лампе. Проследите
изменение напряжения на лампе в
зависимости от изменения силы тока в
электрической цепи (при помощи реостата).
Разомкните электрическую цепь.

Нарисуйте
схему электрической цепи:

1. Рассчитайте,
   какой реостат необходимо взять для
   того, чтобы лампу на 12В можно было бы
   включить в цепь с источником переменногого
   напряжения на 30В. Выберите этот реостат
   из предложенных вам.

Расчет
реостата.

____________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________

1. Соберите
   последовательно электрическую цепь,
   состоящую из источника питания(выпрямитель
   ВС-24М), лампочки на 12В, демонстрационного
   амперметра, выбранного вами реостата,
   ключа. Подключите параллельно
   электрической лампочке демонстрационный
   вольтметр. Выставьте на ВС-24М выходное
   переменное напряжение ~30В.

Замкните
электрическую цепь. Измерьте силу тока
в цепи и напряжение на лампе. Проследите
изменение напряжения на лампе в
зависимости от изменения силы тока в
электрической цепи (при помощи реостата).
Разомкните электрическую цепь.

Нарисуйте
схему электрической цепи:

1. Используя
   демонстрационные гальванометры от
   амперметра и вольтметра, обнаружить:
   термоток от термопары, индукционный
   ток, возбуждаемый в катушке 220В
   универсального школьного трансформатора
   при движении полосового магнита, фототок
   от фотоэлемента.

Для
выполнения этой части работы, каждый
из приборов (фотоэлемент, термопару,
катушку индуктивности) поочередно
подключайте вначале к гальванометру
от амперметра, а затем – к гальванометру
от вольтметра (к двум нижним клеммам
гальванометра) и запишите, в каком из
случаев отклонение стрелки гальванометра
были наибольшими, а значит, сделайте
вывод: с каким из приборов лучше
демонстрировать термоток, индукционный
ток, фототок.

1. Термоток
   от термопары;

Пронаблюдайте
за отклонением стрелки гальванометра
при нагревании спая термопары в пламени
спиртовки.

ВЫВОД:

_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

___________________________

Б)
Индукционный
ток.

Пронаблюдайте
за отклонением стрелки гальванометра
при движении (вверх-вниз) полосового
магнита внутри катушки от универсального
школьного трансформатора.

ВЫВОД:

_______________________________

___________________________________

________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

В)
Фототок
от фотоэлемента.

Пронаблюдайте
за отклонением стрелки гальванометра
при освещении фотоэлемента (при снятии
светозащитной крышки с фотоэлемента).

ВЫВОД:

____________________________________

____________________________________

____________________________________

____________________________________

____________________________________

____________________________________

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Тема: “Расчет сопротивления проводника. Реостат”.

Предмет: физика.

Класс: 8.

Тема урока: «Расчёт сопротивления проводника.
Реостат.» 

Учебник: Физика 8 кл. Н.С. Пурышева,
Н.Е. Важеевская, М.: Дрофа.

Тип урока: урок «открытия» нового знания.

Деятелъностная цель: формирование у обучающихся умений
реализации новых способов действия.

Образовательная цель: создание условий для
формирования представлений  обучающихся о зависимости сопротивления от
характеристик проводника  и понимания необходимости его освоения для
использования на практике.

Личностные действия: смыслообразование: определение
границы собственного знания и «незнания», внутренней позиции к проблеме.

Регулятивные действия: целеполагание, планирование,
прогнозирование, контроль, коррекция, самооценка, саморегуляция.

Познавательные действия: анализ, сравнение,
аналогия,  работа с информацией, устанавление причинно-следственных
связей,  выбор наиболее эффективных способов решения, построение
логической цепи рассуждений 

Коммуникативные действия: планирование учебного
сотрудничества, формулирование и аргументация своего мнения в группе.

Задачи
урока:

– обучающие  задачи
урока:

сформировать
представления обучающихся об особенностях различных проводников по-разному
влиять на силу электрического тока, научиться экспериментально устанавливать
зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения
и вещества, из которого он изготовлен, сформировать умение решать расчетные
задачи и проводить анализ полученных результатов.

-развивающие задачи:

развивать
исследовательские компетенции обучающихся, умения воспринимать и представлять
информацию в словесной, символической, образной формах, делать анализ
результатов экспериментальной деятельности и решения качественных и расчётных
задач;

-воспитательные задачи
урока: 

формировать
отношения к деловому сотрудничеству в группе, умение эффективно сотрудничать и
строить продуктивное взаимодействие со сверстниками, умение аргументировать
свою точку зрения, спорить и отстаивать свою позицию не враждебным для
оппонентов образом.

Методы: исследовательский,
интерактивный.

Технологии: обучение на основе «проблемной ситуации»

Формы работы учащихся: 

§ 
беседа;

§ 
работа в группах;

§  работа с таблицей (учебником),
текстом,

§  Необходимое
оборудование:

Средства ИКТ:

§ 
ПК (для учителя);

§ 
видеопроектор;

Оборудование: источники тока, амперметры,
реостаты, ключи, колодки с проволокой разного сечения и удельного
сопротивления.

На доске:
“Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных  только
воображением”. (М.В.Ломоносов)

Ход
урока. 1.Мотивация к учебной деятельности. 1 мин.

2.Актуализация и фиксирование
индивидуального затруднения в пробном действии. 5
мин.

Учитель физики.
Здравствуйте, ребята! На прошлом уроке мы познакомились с электрическим
сопротивлением. Выяснили, почему проводники обладают электрическим
сопротивлением, и знаем как, используя закон Ома, рассчитать сопротивление
проводника. Для одного и того же проводника отношение напряжения на концах
проводника к силе тока в нем есть величина постоянная, так как во сколько раз
изменяется напряжение на концах проводника, во столько же раз изменяется и сила
тока.

  
      Открытия всегда начинаются с малого. Сегодня я пришла к вам с 
электрической плиткой, основным элементом, которой является обычная
металлическая спираль. Но данная плитка даёт очень мало тепла, слабо
нагревается.  Как увеличить мощность плитки?

(Обучающиеся
предлагают различные варианты решения проблемы.)

Вы
предложили много вариантов. Как найти правильный? Что необходимо сделать?
Вспомните методы изучения физических явлений.

(изучить
теорию, провести эксперимент). 

 Сегодня на уроке мы выясним, от чего зависит сопротивление
проводника. А как вы думаете, от чего оно может зависеть?

Ученики высказывают свое мнение.

3.Контроль знаний основных формул.

1)
Какая формула выражает определение силы тока?2

2)
Какая формула выражает основной закон для участка электрической цепи?3

3) По
какой формуле можно рассчитать сопротивление проводника?4

4.Как
подсчитать заряд?1

5 По
какой формуле можно рассчитать напряжение через мощность?5

6)
Пользуясь какой формулой, можно рассчитать мощность тока?7

 7.
По какой формуле можно рассчитать напряжение через сопротивление?6

Учитель: Давайте попробуем
исследовать зависимость электрического сопротивления проводника от длины
проводника, от площади поперечного сечения, от материала проводника. А вот как
зависит электрическое сопротивление проводника от этих параметров, вам
предстоит выяснить. Прошу вас разделиться на группы и исследовать
самостоятельно зависимость электрического сопротивления от длины проводника,
площади поперечного сечения и материала проводника.

Работа в группах

Группа № 1. Исследование зависимости сопротивления проводника от
его длины

1.    
Собрать электрическую цепь из источника тока, амперметра,
реостата, ключа, одной из колодок с проволокой.

2.    
Замкнуть цепь и записать показания амперметра.

3.    
Поменять колодку с проволокой на другую (большей длины) и снова
снять показания амперметра.

4.    
Сравнить полученные значения силы тока и сделать вывод: какая из
двух проволок одинаковой толщины имеет большее сопротивление.

Во сколько раз уменьшается
длина проводника, во столько же раз уменьшается сопротивление. Такая
зависимость называется прямая пропорциональность. Чем длиннее проводник электричества, тем больше
его электрическое сопротивление.

  R ~ l;

Сделаем
вывод: сопротивление проволочного металлического проводника прямо
пропорционально его длине.

Группа № 2. Исследование зависимости сопротивления проводника от
площади поперечного сечения

1.    
Собрать электрическую цепь из источника тока, амперметра,
реостата, ключа и одной из колодок с проволокой.

2.    
Замкнуть цепь и записать показания амперметра.

3.    
Поменять колодку с проволокой на другую и снова снять показания амперметра.

4.Сравнить полученные значения силы тока и сделать вывод: какая из
двух проволок одинаковой длины имеет большее сопротивление.

Сделаем вывод: Чем меньше
площадь поперечного сечения проводника электричества, тем больше электрическое
сопротивление.

1.    
R ~ 1/S; Если площадь сечения уменьшить в 2 раза, то сопротивление
увеличится в 2 раза.

Группа № 3. Исследование зависимости сопротивления проводника от
материала, из которого изготовлен проводник

1.    
Собрать электрическую цепь из источника тока, амперметра,
реостата, ключа и одной из колодок с проволокой.

2.    
Замкнуть цепь и записать показания амперметра.

3.    
Поменять колодку с проволокой на другую и снова записать показания
амперметра.

4.    
Сравнить полученные значения силы тока и сделать вывод: какая из
двух проволок имеет большее сопротивление.

Сделаем вывод: R зависит от материала проводника. R ~  ρ ;

Подсказка для всех групп: записать формулу закона Ома и
проанализировать ее.

Учитель. В каждой группе пришли к
своему выводу, что

а) R ~ l;

б) R ~ 1/S;

в) R зависит от материала проводника. R ~  ρ ;

Итак, исходя из наших опытов, сопротивление проводника
прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади
поперечного сечения и зависит от вещества проводника (удельного сопротивления):

где  ρ – удельное сопротивление проводника,

S – площадь поперечного сечения
проводника,

l – длина проводника.

– Как узнать единицу измерения удельного сопротивления? Выразить ρ из
данной формулы

 ; СИ:  .

Однако площадь поперечного сечения проводника удобнее измерять в
мм², поскольку это больше соответствует размерам реальных
проводников, тогда

Таким образом, мы с вами вывели формулу для расчета сопротивления
проводника. Записываем тему урока: “Расчет сопротивления проводника”.

Коэффициент пропорциональности  ρ  , входящий в
формулу, характеризует электрические свойства вещества, из которого изготовлен
проводник. Этот коэффициент называется удельным сопротивлением проводника или

На странице (227) учебника приведена таблица, в которой указано
удельное сопротивление некоторых веществ. Рассмотрите таблицу и ответьте на
вопросы:

1.    
Какие вещества являются лучшими проводниками электрического тока? (Проводящими электрический ток веществами являются расплавы
металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт,
человеческое тело.)

2.    
Где могут использоваться вещества с большим удельным
сопротивлением? (Лампы накаливания, например в
электронагревателях печей для всех отраслей промышленности, бытовых приборов и
аппаратов теплового действия.)

Вернёмся к нашей проблеме. Как Вы
считаете, какую физическую величину необходимо изменить, чтобы увеличить
мощность плитки?

Уменьшится сопротивление, при
неизменном напряжение по закону Ома увеличится ток, а вместе с ним и мощность.

При укорочении спирали сопротивление ее
электрическому току УМЕНЬШИТСЯ. При этом ток через спираль увеличится (по
закону Ома, при том же напряжении, 220 Вольт уменьшение сопротивления приведет
к увеличению тока) . Мощность увеличится, так – как она равна произведению
напряжения на ток. Напряжение не изменилось, ток – увеличился.

В электронагревательных и осветительных
приборах используется полезная мощность (мощность, выделяемая во внешнем
сопротивлении) она равна: Р = I^2*R = U*I (1), где Р – полезная мощность
электроплитки (Вт) , I – сила тока в проводнике (А) , U – напряжение на данном
участке цепи (В) , R – сопротивление проводника (Ом) .
Сопротивление проводника R зависит от его свойств и геометрических размеров:
R = ρ* l /S (2), где ρ – удельное сопротивление
вещества; l – длина проводника; S – площадь поперечного сечения. Из данной
формулы (2), видно, что при уменьшении длины проводника, уменьшается и его
сопротивление.
После отрезания части нагревательной спирали электроплитки – сопротивление её
нагревающегося участка уменьшится, согласно закона Ома – для участка
электрической цепи: I=U/R (3).
Тогда согласно формуле (3) сила тока в оставшейся части нагревательной спирали
электроплитки увеличится, так как напряжение на данном участке цепи останется
тем же, а сопротивление проводника станет меньше.
В соответствии с формулой (1) полезная мощность электроплитки увеличится,
поскольку при неизменном напряжении, в оставшемся проводнике возрастёт сила
тока, а сопротивление уменьшится.

3.     Что мы можем изменить у проводника,
если знаем, что это характеристика самого проводника? (Длину, площадь,
материал.)

Физминутка

1.Гальванический
элемент или аккумулятор

2. Соединение проводов

3. Пересечение проводов без
соединения

4. Ключ

5. Лампочка

6. Электрический звонок

7. Электродвигатель или генератор

Реостаты .

Изменить силу тока можно, меняя сопротивление цепи. Приборы,
позволяющие плавно регулировать силу тока в цепи, называют реостатами.

РЕОСТАТ
произошло от греческого слова

«РЕОС»
–течение, поток;

«СТАТОС»
–неподвижный

Устройство реостата

На практике применяют самые
разнообразные реостаты. Но общее для всех реостатов — это использование длинной
проволоки с большим удельным сопротивлением.

Давайте рассмотрим поподробнее ползунковый реостат, с которым вы
будете работать на уроках. Его внешний вид и условное обозначение на схемах
представлены на рисунке.

В этом реостате никелиновая проволока, покрытая тонким слоем
окалины, намотана на керамический цилиндр. Окалина позволяет изолировать витки
друг от друга. По расположенному вверху металлическому стержню может
перемещаться ползунок. Контакты ползунка прижаты к виткам обмотки, и в
результате трения слой окалины под контактами стирается. Электрический ток в
цепи проходит от витков проволоки к ползунку, а через него — в стержень, на
конце которого находится зажим. Другой зажим соединён с одним из концов
обмотки. Таким образом, ток проходит от одного зажима до другого через витки
обмотки, число которых можно менять в зависимости от положения ползунка.

На каждом реостате обязательно указывают его
максимальное сопротивление и допустимое для его обмотки значение силы тока.

Закрепление. Сегодня мы рассмотрели, что
сопротивление зависит от длины, от поперечного сечения и от вещества, из
которого сделан проводник.  Кроме того, мы рассмотрели различные виды
сопротивлений, в том числе и переменные для прерывистого и плавного
регулирования сопротивления в цепи. Некоторые переменные сопротивления
используются для регулирования громкости воспроизведения звуковых передач.

Задача 1 Определите сопротивление телеграфного провода между нашим
селом и районным поселком Николаевка, если расстояние между ними 15км, а
проводка сделана из железной проволоки площадью поперечного сечения 14 мм²

Задача№2.
Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного сечения 0,5 мм²
, чтобы сопротивление ее было равно 34 Ом?

Задачи из ОГЭ:

Итог
урока:

Рефлексия.

Wiki-учебник

Поиск по сайту

Реклама от партнёров: