Знание закона Ома на сегодняшний день – вопрос общей эрудиции каждого человека. В сегодняшней статье займемся решением задач по теме «закон Ома».
Подписывайтесь на наш телеграм и получайте интересные новости каждый день! А если хотите получить скидку и не упустить выгоду – загляните на наш второй канал с приятными акциями и бонусами для клиентов.
Закон Ома: задачи с решением
Для новичков, которые только начинают решать задачи по физике, мы подготовили специальную памятку и собрали вместе более 40 формул по разным темам. Берите и пользуйтесь!
Задача на закон Ома №1
Условие
Определите силу тока в медном проводнике сеченим 0,5 мм2, если длина проводника 100 м, а напряжение на его концах равно 6,8 В.
Решение
Сначала запишем закон Ома:
I=UR
В данном случае, чтобы найти силу тока I, нужно определить сопротивление R. Используем формулу с удельным сопротивлением и перепишем выражение для закона Ома:
R=ρlSI=USρl
Осталось подставить числа и рассчитать:
I=6,8·0,50,017·100=2 А
Значение удельного сопротивления «ро» для меди берется из таблиц. Для меди ρ=0,017Ом·мм2м
Ответ: 2 А.
Задача на закон Ома №2
Условие
По вольфрамовой проволоке длиной 3 м протекает электрический ток силой 0,04 А. Проволока находится под напряжением 5 В. Определите величину площади поперечного сечения проволоки.
Решение
Выразим площадь поперечного сечения проводника из формулы для сопротивления:
R=ρlSS=ρlR
Сопротивление R найдем из закона Ома:
I=URR=UI
Подставим выражение для R в формулу для S и рассчитаем:
S=ρl·IU=0,055·3·0,045=0,0013 мм2
Ответ: 0,0013 мм2
Задача на закон Ома №3
Условие
Каково напряжение на неоднородном участке цепи?
Решение
По закону Ома для неоднородного участка цепи:
U12=φ1-φ2+ε
Считая началом участка точку A, а концом – точку B, и беря поэтому ЭДС со знаком плюс (внутри источника направление тока от отрицательного полюса к положительному), получаем:
UAB=φA-φB+ε=5-7+3=1 В
Ответ: 1В.
Нужно больше примеров решений задач? Вы найдете их в нашем блоге!
Задача на закон Ома №4
Условие
Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12 Ом, а напряжение на нем 120 В?
Решение
Это простейшая задача на закон Ома для участка цепи, которая решается в одно действие. Просто записываем закон Ома и производим расчет:
I=UR=12012=10 А
Ответ: 10 А.
Задача на закон Ома №5
Условие
Источник постоянного тока с ЭДС E = 12 В и внутренним сопротивлением г = 1 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 9 Ом. Определить силу тока в цепи I, падение напряжения UR на внешнем участке и падение напряжения Ur на внутреннем участке цепи.
Решение
Это задача на закон Ома для полной цепи. По закону Ома для замкнутой цепи:
I=εR+r=129+1=1,2 А
Падение напряжения на внешнем участке цепи:
UR=I·R=εRR+r=12·99+1=10,8 В
Падение напряжение на внутреннем участке цепи:
Ur=ε-UR=12-10,8=1,2 В
Ответ: 1,2 А; 10,8 В; 1,2 В.
Школьный учитель Георг Симон Ом открыл свой закон в 1826 году. Подробнее об истории открытия и самом законе Ома читайте в нашем блоге.
Вопросы на закон Ома
Вопрос 1. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.
Ответ. Закон Ома для однородного участка цепи нласит:
Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Вопрос 2. Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.
Ответ. Закон Ома для замкнутой цепи гласит:
Величина тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, обладающего внутренним и внешним нагрузочным сопротивлениями, равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.
Вопрос 3. От чего зависит сопротивление цепи?
Ответ. Сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки.
Сопротивление зависит от:
- температуры;
- материала;
- поперечного сечения проводника.
Вопрос 4. Зависит ли сопротивление от напряжения и силы тока?
Ответ. Нет. Сопротивление не зависит от напряжения и силы тока в проводнике.
Вопрос 5. Всегда ли соблюдается закон Ома?
Ответ. Нет, не всегда. Например, закон Ома не действует при низких температурах для веществ, обладающих сверхпроводимостью.
Проблемы с учебой? Обращайтесь в профессиональный сервис для студентов за квалифицированной помощью.
Для рассмотрения характеристик электрических параметров рассмотрим назначение приборов:
- сила тока в цепи определяется амперметров, который подключается последовательно с соблюдением полярности;
- напряжение на участке цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно к тому участку или прибору, на котором нужно узнать разность потенциалов или напряжения;
- на деревянной изолирующей подставке — устройство, имеющее провода с различными значениями сопротивления;
- 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:
Сопротивление проводника напрямую зависит от его длины и материала, но обратным образом зависит от площади поперечного сечения проводника.
Обрати внимание!
Из этого можно сделать вывод: чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т.е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.
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.
Удельное электрическое сопротивление — физическая величина (rho), характеризующая свойство материала оказывать сопротивление прохождению электрического тока:
ρ=R⋅Sl
, где удельное сопротивление проводника обозначается греческой буквой (rho) (ро), (l) — длина проводника, (S) — площадь его поперечного сечения.
Определим единицу удельного сопротивления. Воспользуемся формулой
ρ=R⋅Sl
.
Как известно, единицей электрического сопротивления является (1) Ом, единицей площади поперечного сечения проводника — (1) м², а единицей длины проводника — (1) м. Подставляя в формулу, получаем:
, т.е. единицей удельного сопротивления будет
Ом⋅м
.
На практике (например, в магазине при продаже проводов) площадь поперечного сечения проводника измеряют в квадратных миллиметрах, В этом случае единицей удельного сопротивления будет:
, т.е.
Ом⋅мм2м
.
В таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при (20) °С.
Удельное сопротивление увеличивается пропорционально температуре.
При нагревании колебания ионов металлов в узлах металлической решётки увеличиваются, поэтому свободного пространства для передвижения электронов становится меньше. Электроны чаще отбрасываются назад, поэтому значение тока уменьшается, а значение сопротивления увеличивается.
Обрати внимание!
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. А это значит, что медь и серебро лучше остальных проводят электрический ток.
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 — это резистор, значение сопротивления которого можно менять.
Реостаты используют в цепи для изменения значений силы тока и напряжения.
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.
В электрических схемах реостат изображается следующим образом:
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.
Обрати внимание!
Сопротивление реостата нужно учитывать в параметрах электрической цепи. При минимальных значениях сопротивления ток в цепи может вывести из строя амперметр.
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
Сопротивление проводника:
R=ρ⋅lS
Из этой формулы можно выразить и другие величины:
Источники:
Рис. 1. Цепь с возможностью выбора проводника. © ЯКласс.
Рис. 4. “File:Rheostat hg.jpg” by Hannes Grobe (talk) is licensed under CC BY 3.0
В статье разберём, что такое электрическое сопротивление, его виды, как образуется проводимость в материале и в чём измеряется, от чего зависит. Научимся рассчитывать сопротивление по формулам и рассмотрим, какое сопротивление у разных металлов.
Что это такое удельное сопротивление
Под определением понимается свойство вещества оказывать сопротивление электрическому потоку в тот момент, когда оно проходит через него. Выражается в значении Ом на метр. Показатель зависит от температуры.
Что такое электрическое сопротивление
Позиционируется как сопротивление некоторого элемента, служащего проводником. Он имеет единичную длину, показатель площади сечения. В этом заключается физический смысл. Электрическое сопротивление – это параметр проводника, опирающийся на зависимость от:
- структуры материала;
- параметра формы;
- габаритов изделия.
Понятие сопротивление доходчиво
Это величина, определяющая способность полупроводникового элемента пропускать сквозь себя электрический ток. Дать общее понятие можно опираясь на основы строения металлов. Состоит металл из кристаллической решётки, между элементами которой путешествуют электроны. Внешнее поле заставит их при перемещении создавать электрический ток. Решётка позволяет им двигаться по заданному объёму, а электроны будут тереться о её узлы и не смогут протиснуться. Данное явление и называется сопротивлением, а именно: сила, которая будет мешать перемещению.
Ещё проще можно представить на основе ситечка, на раковине. Вода будет проходить медленнее, чем если бы проходила без него.
Как образуется в материале проводимость?
Причина образования сопротивления заключается в том, что протеканию тока мешают ионы кристаллической решётки. Они будут двигаться беспорядочно. Данное препятствие, а также сопротивление потоку будет влиять на его скорость, она уменьшается. Следовательно, изменяется и показатель проводимости.
Существуют виды сопротивлений:
- активное;
- индуктивное;
- омическое;
- ёмкостное.
В чём измеряется?
В СИ измеряется как Ом на метр. В данной системе единица измерения будет равна параметру проводника. При нём, проводник длиной 1 метр, площадь сечения которого составляет 1 кв. м, имеет значение равное 1 Ом.
В технике используется значение Ом на мм кв/м.
От чего зависит?
Зависит показатель от температуры и отличается в разных материалах.
Зависимость от температуры
В каждом наименовании материала он отличается, в частности:
- В проводниковых элементах при увеличении показателя температуры, возрастает.
- В то же время в полупроводниковых, а также диэлектриках на таких же условиях уменьшается.
Величину, которая учитывает параметр изменения, принято называть температурным коэффициентом.
Удельное сопротивление разных материалов
Рассмотрим показатель монокристаллов, при параметре температуры, равном 20 градусов.
| Олово | 9,9–14,3 |
| Висмут | 109–138 |
| Кадмий | 6,8–8,3 |
| Цинк | 5,91–6,13 |
| Теллур | 2,90х109–5,9х109 |
Таблица для металлов
В таблице приводятся показатели для металлов, а также отдельных сплавов. Разница параметров связана непосредственно с химической чистотой, методами отливки, непостоянством самого сплава.
| Серебро | 0,015–0,0162 |
| Медь | 0,01707–0,018 |
| Золото | 0,023 |
| Алюминий | 0,0262–0,0295 |
| Иридий | 0,0474 |
| Натрий | 0,0485 |
| Молибден | 0,054 |
| Вольфрам | 0,053–0,055 |
| Цинк | 0,059 |
| Индий | 0,0837 |
| Никель | 0,087 |
| Железо | 0,099 |
| Платина | 0,107 |
| Олово | 0,12 |
| Свинец | 0,217–0,227 |
| Титан | 0,5562–0,7837 |
| Ртуть | 0,958 |
| Висмут | 1,2 |
Как просто вычислить сопротивление по закону Ома из электрических величин
Закон нужен, чтобы понять, как по цепи проходит ток, каким является его параметр сопротивления и напряжения, сформулирован закон Ома.
Выражается он формулой:
[ I=U/R ]
Согласно утверждению, сопротивление будет зависеть от напряжения и мощности.
Формулировка закона Ома
Сила тока на конкретном участке цепи будет прямо пропорциональной напряжению и обратно пропорциональной сопротивлению.
Закон Ома для участка цепи
Приведён по классической формуле: ( I=U/R )
Здесь не учитывается сопротивление всей цепи, но допускается возможность измерить показатель сопротивления на каждом отдельном участке.
Закон Ома для полной цепи
Определяется формулой:
[ I= E/R+r ]
Как определение, данная формулировка будет звучать как: сила тока прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна общему сопротивлению. Под общим сопротивлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
- В дифференциальной форме применяется при необходимости определить параметры ничтожно малого участка цепи.
- В интегральной форме рассматривается цепь, с расчётом на наличие источника тока, а также без него.
Формула расчета удельного сопротивления
Данная величина характеризует некоторое свойство материала, которая препятствует прохождению тока.
Выглядит так:
[ ρ=R⋅Sl ]
Формулы расчёта электрического сопротивления
Рассмотрим формулы для разных видов сопротивлений.
Формула активного сопротивления
Выглядит следующим образом:
[ Im=Um/R ]
Формула индуктивного сопротивления
Выгляди как:
[ Xl=2пFL ]
L представляет собой показатель переменного тока.
F представляет собой частоту
Формула ёмкостного сопротивления
Проводник, подключённый непосредственно к электрической цепи, который не имеет сопротивление, но предусматривает наличие ёмкости.
Выглядит формула так:
[ Xc = 1/ωC ]
- ω показатель циклической частоты.
- C показатель ёмкости.
Определение полного сопротивления
Чтобы получить данное значение, потребуется учесть сопротивление всех участков.
Выглядит так:
[ R=R1+R2 ]
При этом участков может быть несколько.
