Опір провідника

.

Закон Ома: Сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі на цій ділянці та обернено пропорційна величині опору цієї ділянки кола.

Сила струму I виміряється в А (Ампер), напруга U – в В (Вольт), опір провідника отримав назву Ом на честь Георга Ома. З формули ми бачимо, що опір можна обчислити з формули:

За одиницю опору 1 Ом приймають опір провідника, який при підключенні до мережі з напругою 1 В на його кінцях пропускає струм в 1 А.

Для великих та дуже маленьких опорів використовують приставки:

Розглянемо графіки залежностей сил струму від напруги для чотирьох різних провідників:

Ми бачимо, що кут нахилу прямої І є найбільшим, а прямої ІУ – найменшим. За графіками обчислимо опори відповідних провідників. Для цього на графіках виділимо точки та за вище написаною формулою обчислимо опір кожного провідника.

Отже, чим більше кут нахилу, тим менший опір провідника. Опір провідника не залежить від сили струму та напруги, внаслідок наявності опору провідника при певному значенні напруги виникає певне значення сили струму.

Упорядкований рух заряджених частинок ми називаємо електричним струмом. Але при протіканні струму в самому провіднику існують умови для протидії протіканню цього струму по металевому провіднику. Саме ці умови є причинами опору провідників.

Опором провідника називається фізична величина, що характеризує здатність провідника протидіяти протіканню електричного струму в ньому, і визначається лише характеристиками провідника.

Які ж при чини опору провідника?

· Дефекти кристалічних ґраток. Дійсно, зайвий вузол кристалічних ґраток, відсутність вузла, атом чи молекула домішки створюють необхідність для електрона, який є носієм заряду в провіднику, змінювати напрям свого руху. оминати перешкоди. При цьому сам провідник створює опір пересуванню електрона.

· Тепловий рух іонів у вузлах кристалічних ґраток та самих електронів. Ми пам’ятаємо, що металева кристалічна гратка складається з іонів, що розташовані у вузлах кристалічних ґраток, та електронів, що хаотично рухаються в міжвузольному просторі. При такій будові іони кристалічних ґраток постійно коливаються навколо положення рівноваги у вузлах кристалічних ґраток. При проходженні електричного струму вони «штовхають» електрони, які створюють струм, створюють їм перешкоди для просування. Чим вища температура, тим більш інтенсивний рух іонів і вищий опір провідника.

· Електрична та гравітаційна взаємодія частинок – іонів та електронів. позитивні іони кристалічних ґраток притягають до себе негативно заряджені електрони, електрони при своєму русі відштовхуються один від іншого. Гравітаційна взаємодія в багато разів менша за електричну, але вона існує навіть між дуже маленькими за масами іонами та електронами. Ці фактори також створюють перешкоди протіканню електричного струму.

Від чого тоді залежить величина опору провідника?

1. Від типу речовини. У кожної речовини своя щільність кристалічних ґраток. величина взаємодії між частинками ґраток, степінь домішок. Характеристикою типу речовини вступає питомий опір матеріалу, з якого зроблений провідник. Це таблична величина, яка визначається самим матеріалом провідника (див. таблицю).

2. Від площі перерізу S. Електронам провідності легше « протиснутися» між вузлами кристалічних ґраток при широкому перерізі провідника. Чим більша площа перерізу, тим більше можливостей найти «шпаринку» у міжвузольному просторі.

3. Від довжини провідника l. На довгому шляху в довгому провідникові електрон повинен долати більше перешкод. Опір короткого провідника при інших однакових параметрах буде меншим.

4. Від температури. При збільшенні температури зростає тепловий рух частинок кристалічних ґраток і відповідно зростає опір провідника.

Перші три залежності опору від характеристик провідника можна описати формулою:

? Проаналізувавши таблицю питомого опору провідників, поясніть. Чому в дротах електропроводки використовують мідь, а залізні дроти в електропроводці використовувати нераціонально і шкідливо?

?Який дріт буде мати менший опір–довгий чи короткий, якщо інші параметри дротів однакові?

? Чому підводящі дроти електромереж товсті, а в наших оселях використовують дроти невеликого перерізу?

?Скільки типів задач можна придумати на дану формулу?

Залежність опору від температури визначається формулою .

Буквою R₀ позначений опір провідника при початковій температурі (частіше при 20⁰С), число називають температурним коефіцієнтом опору, є табличним значенням для кожного матеріалу і воно виміряється у (1/⁰С), вираз - різниця температур - робочою ( до якої нагрівається провідник) та початкової, виміряється в градусах Цельсія (⁰С).

Температурні коефіцієнти деяких речовин. .

На основі вище викладеного матеріалу можна пояснити роботу та особливості деяких приладів.

Реостат – прилад для збільшення або зменшення сили струму в колі за рахунок зміни опору самого реостату.

Реостат представляє собою котушку з намотаним дротом та повзунком, який може ковзати вздовж намотки котушки. При пересуванні повзунка реостату ліворуч струм проходить через вхід реостату, по ділянці дроту котушки, а потім через контакти повзунка по верхній частині пристрою. При цьому довжина задіяної намотки котушки стає меншою, і опір зменшується. Струм в колі зростає.

При пересуванні повзунка реостату праворуч довжина задіяної намотки котушки реостату зростає, опір збільшується і струм зменшується. За допомогою реостату можна змінювати силу струму в колі.

Залежність опору від температури використовується в термореостатах. При нагріванні дроту його опір зростає, сила струму, що протікає через нього зменшується. Проградуювавши шкалу, можна створити прилад, що буде визначати температуру нагріву дротів. Такі термометри використовують для дуже великих температур або низьких температур, коли рідинні термометри не працюють внаслідок замерзання рідини або закипання рідини.