Закон Ома для участка цепи

В § 8-и мы начали знакомство с физической величиной «электрическое сопротивление». Продолжим его – проделаем опыт. Нам потребуются источник электроэнергии, реостат, амперметр, вольтметр и два резистора (две нихромовые спирали) с различными сопротивлениями.

Закон Ома для участка цепи

     

Соберём цепь, как показано на рисунке слева или на схеме в конце параграфа. Будем передвигать ползунок реостата и поочерёдно установим несколько значений силы тока, например, 0,4 А, 0,6 А, 0,8 А, 1 А. При этом запишем показания амперметра и вольтметра в таблицу слева. Повторим опыт, заменив резистор, и дополним таблицу справа.

 

Первый резистор

Второй резистор

I, A

0,4

0,6

0,8

1,0

0,4

0,6

0,8

1,0

U, В

1,6

2,4

3,2

4,0

2,4

3,6

4,8

6,0

Поделив напряжение на силу тока, обнаружим закономерность:

R = U/I

4

4

4

4

6

6

6

6

Закономерность в том, что вне зависимости от значений напряжения и силы тока их частное остаётся постоянным для каждого резистора.Проверьте: после деления каждого числа строки (U, В) на расположенное над ним число строки (I, А) получаются одинаковые результаты во всех колонках левой половины таблицы: 4 В/А и во всех колонках правой половины таблицы: 6 В/А. Это показывает, что величина R является характеристикой не всей цепи, а именно её отдельного участка (резистора).
Заметим, что эта закономерность всегда справедлива для металлических проводников в твёрдом или жидком состоянии; для других проводников она справедлива не всегда. Однако величину R, равную отношению U/I , всегда называют электрическим сопротивлением проводника независимо от его материала и состояния, а единицу 1 В/А в физике называют 1 Ом:
Закон Ома для участка цепи
1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором возникнет ток 1 А, если на концах проводника создано напряжение 1 В.
Связь между величинами R, U, I обычно записывается в виде формулы, известной как закон Ома для участка цепи:

Закон Ома для участка цепи

I – сила тока в участке цепи, А 
U – приложенное напряжение, В 
R – сопротивление участка цепи, Ом 

Чтобы выяснить, как следует прочитать эту формулу, вспомним знания по алгебре о видах пропорциональности величин.
Закон Ома для участка цепи
Из второй колонки следует, что при постоянном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению, существующему на концах рассматриваемого участка цепи. Из первой колонки следует, что при постоянном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Закон Ома для участка цепи
С точки зрения математики формулу закона Ома можно записать и в такой форме: U = I R. Применим её для изучения цепи, изображённой на схеме. Это именно та цепь, с которой мы проводили опыт в начале параграфа.
Допустим, клеммы A и B присоединены к источнику с напряжением 10 В, однако вольтметр позволяет измерить напряжение не более 6 В (см. верхний рисунок). Поэтому нам нужно создать падение напряжения на реостате (то есть на участке 1-1) на 4 В или более. Как это сделать?
Чем правее мы сдвигаем ползунок, тем больше сопротивление реостата, и, согласно формуле U = I R , больше напряжение на реостате, которое и называют падением напряжения. В результате на резисторе (то есть на участке 2-2) напряжение снижается, что и требовалось получить.

 

Страница обновлена: 27.09.2016