Почему удельное сопротивление проводника зависит от рода материала его
Перейти к содержимому

Почему удельное сопротивление проводника зависит от рода материала его

  • автор:

III. Основы электродинамики

Металлический проводник, подключенный к источнику тока является примером однородного участка цепи.

Немецкий физик Георг Симон Ом экспериментально изучил зависимость силы тока в металлических проводниках от напряжения, пришел к выводу: если состояние проводника с течением времени не меняется, а его температура постоянна, то для каждого проводника существует однозначная связь между I и U — вольт-амперная характеристика.

Закон Ома для участка цепи:

Электрическое сопротивление проводника

Это физическая скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных зарядов.

Сопротивление однородного металлического проводника постоянного сечения зависит от его геометрических размеров, формы и вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление проводника зависит от рода вещества и его состояния, например, температуры. Удельное сопротивление для определенного вещества имеет постоянное табличное значение.

Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью данного проводника.

Параллельное и последовательное соединение проводников

Резистор — элемент электрической цепи, характеризуемый только сопротивлением электрическому току. На схемах резистор обозначается прямоугольником:

Реостат — прибор, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления. Обозначение на схемах:

Зависимость электрического сопротивления от сечения, длины и материала проводника

Сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены.

Можно проверить это практически на следующем опыте.

zavisimost-soprotivleniya-ot-materiala

Рисунок 1. Опыт, показывающий зависимость электрического сопротивления от материала проводника

Подберем два или три проводника из различных материалов, возможно меньшего, но одинакового поперечного сечения, например, один медный, другой стальной, третий никелиновый. Укрепим на планке два зажима а и б на расстоянии 1 —1,5 м один от другого (рис. 1) и подключим к ним аккумулятор через амперметр. Теперь поочередно между зажимами а и б будем на 1—2 сек включать сначала медный, потом стальной и, наконец, никелиновый проводник, наблюдая в каждом случае за отклонением стрелки амперметра. Нетрудно будет заметить, что наибольший по величине ток пройдет по медному проводнику, а наименьший — по никелиновому.

Из этого следует, что сопротивление медного проводника меньше , чем стального, а сопротивление стального проводника меньше , чем никелинового.

Таким образом, электрическое сопротивление проводника зависит от материала, из которою он изготовлен.

Для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие о так называемом удельном сопротивлении.

Определение: Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной в 1 м и сечением в 1 мм 2 при температуре +20 С°.

Удельное сопротивление обозначается буквой ρ («ро») греческого алфавита.

Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает определенным удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление меди равно 0,0175 Ом*мм 2 /м, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом.

Ниже приводится таблица удельных сопротивлений материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике.

Удельные сопротивления материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике

Материал Удельное сопротивление, Ом*мм 2 /м
Серебро 0,016
Медь 0,0175
Алюминий 0,0295
Железо 0,09-0,11
Сталь 0,125-0,146
Свинец 0,218-0,222
Константан 0,4-0,51
Манганин 0,4-0,52
Никелин 0,43
Вольфрам 0,503
Нихром 1,02-1,12
Фехраль 1,2
Уголь 10-60

Любопытно отметить, что например, нихромовый провод длиною 1 м обладает примерно таким же сопротивлением, как медный провод длиною около 63 м (при одинаковом сечении).

Разберем теперь, как влияют размеры проводника , т. е. длина и поперечное сечение, на величину его сопротивления.

Воспользуемся для этого схемой, изображенной на рис. 1. Включим между зажимами а и б для большей наглядности опыта проволоку из никелина. Заметив показание амперметра, отключим от зажима б проводник, которой соединяет прибор с минусом аккумулятора, и освободившимся концом проводника прикоснемся к никелиновой проволоке на некотором удалении от зажима а (рис. 2). Уменьшив таким образом длину проводника, включенного в цепь, нетрудно заметить по показанию амперметра, что ток в цепи увеличился.

zavisimost-soprotivleniya-ot-dliny

Рисунок 2. Опыт, показывающий зависимость электрического сопротивления от длины проводника

Это говорит о том, что с уменьшением длины проводника сопротивление его уменьшается. Если же перемещать конец проводника по никелиновой проволоке вправо, т. е. к зажиму б, то, наблюдая за показаниями амперметра, можно сделать вывод, что с увеличением длины проводника сопротивление его увеличивается.

Таким образом, сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление..

Выясним теперь, как зависит сопротивление проводника от его поперечного сечения, т. е. от толщины.

Подберем для этого два или три проводника из одного и того же материала (медь, железо или никелин), но различного поперечного сечения и включим их поочередно между зажимами а и б, как указано на рис. 1.

Наблюдая каждый раз за показаниями амперметра, можно убедиться, что чем тоньше проводник, тем меньше ток в цепи, а следовательно, тем больше сопротивление проводника. И, наоборот, чем толще проводник, тем больше ток в цепи, а следовательно, тем меньше сопротивление проводника.

Значит, 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 уяснить эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов (рис. 3), причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая.

sosudy-s-vodoj

Рисунок 3. Вода по толстой трубке перейдет быстрее, чем по тонкой

Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой. Это значит, что 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.

Обобщая результаты произведенных нами опытов, можно сделать следующий общий вывод:

электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь его поперечного сечения..

Математически эта зависимость выражается следующей формулой:

soprotivlenie-provodnika-formula

где R—сопротивление проводника в Ом;

ρ — удельное сопротивление материала в Ом*мм 2 /м;

l — длина проводника в м;

S—площадь поперечного сечения проводника в мм 2 .

Примечание. Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле

sechenie-provodnika-formula1

где π —постоянная величина, равная 3,14;

Указанная выше зависимость дает возможность определить длину проводника или его сечение, если известны одна из этих величин и сопротивление проводника.

Так, например, длина проводника определяется по формуле:

dlina-provodnika-formula

Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формула принимает следующий вид:

ploshchad-secheniya-provodnika-formula

Решив это равенство относительно ρ, получим выражение для определения удельного сопротивления проводника:

udelnoe-soprotivlenie-provodnika-formula

Последней формулой приходится пользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же трудно определим по внешнему виду. Определив по формуле удельное сопротивление проводника, можно найти материал, обладающий таким удельным сопротивлением.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Зависимость сопротивления проводника от материала и геометрических размеров проводника

Нажмите, чтобы узнать подробности

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, характеризующая электрические свойства данного вещества и численно равная сопротивлению изготовленного из него проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 .

Единица удельного сопротивления в СИ– Ом∙метр

Единица удельного сопротивления в СИ– Ом∙метр

Реостат - это устройство с переменным сопротивлением, предназначенное для регулирования силы тока в электрической цепи.

Реостат — это устройство с переменным сопротивлением, предназначенное для регулирования силы тока в электрической цепи.

Двухконтактный ползунковый реостат 2 – керамический цилиндр 1, 6 – клемы 3 –проводник 5 – металлический стержень 4 – ползунок

Двухконтактный ползунковый реостат

2 – керамический цилиндр

3 –проводник

5 – металлический стержень

4 – ползунок

Рычажный (секционный) реостат

Рычажный (секционный) реостат

1. Вычислить сопротивление алюминиевой проволоки длиной 80 см и площадью поперечного сечения 0,4 мм2 .

1. Вычислить сопротивление алюминиевой проволоки длиной 80 см и площадью поперечного сечения 0,4 мм2 .

2. В осветительной сети здания использовали 100 м медного провода, сопротивление которого 850 мОм . Какая площадь поперечного сечения этой проволоки?

2. В осветительной сети здания использовали 100 м медного провода, сопротивление которого 850 мОм . Какая площадь поперечного сечения этой проволоки?

3. Нихромовая спираль для электроплитки должна иметь электрическое сопротивление 48 Ом . Какой длины должна быть нихромовая проволока, площадью сечения 0,2 мм2 , чтобы изготовить такую спираль?

3. Нихромовая спираль для электроплитки должна иметь электрическое сопротивление 48 Ом . Какой длины должна быть нихромовая проволока, площадью сечения

0,2 мм2 , чтобы изготовить такую спираль?

4. В лабораторных работах используются медные соединительные провода, площадь сечения которых равна 2 мм2 . Сила тока в них достигает 2 А . Какое напряжение на таком проводе, если его длина равна 10 см

4. В лабораторных работах используются медные соединительные провода, площадь сечения которых равна 2 мм2 . Сила тока в них достигает 2 А . Какое напряжение на таком проводе, если его длина равна 10 см

1. Как доказать, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине? 2. Как зависит сопротивление проводника от площади его поперечного сечения? 3. По какой формуле вычисляют сопротивление проводника?

1. Как доказать, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине?

2. Как зависит сопротивление проводника от площади его поперечного сечения?

3. По какой формуле

вычисляют сопротивление проводника?

4. Что такое удельное сопротивление вещества? 5. Что такое реостат? 6. Какие виды реостатов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?

4. Что такое удельное сопротивление вещества?

5. Что такое реостат?

6. Какие виды реостатов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?

Домашнее задание: читать § 30, решить упр.30,№2,4

читать § 30, решить упр.30,№2,4

Конспект урока «Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление проводника. Реостат». 8 класс.

Учебника: Н.А.Закирова, Издательство «Арман ПВ», 2018 г.

Электрическое сопротивление проводника, удельное сопротивление проводника, реостат. Практическая работа № 19 «Зависимость сопротивления проводника от рода материала»

Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)

8.4.2.7 — объяснять физический смысл сопротивления, его единицы измерения

8.4.2.8 применять формулу удельного сопротивления проводника при решении задач

Все: объясняют физический смысл сопротивления, применяют формулу расчета сопротивления проводника при решении задач, называют единицу измерения сопротивления.

Большинство: устанавливают и объясняют зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен;

Некоторые : сравнивают зависимость сопротивления проводников от его свойств в электрических цепях, анализируют, делают вывод.

Критерии оценивания

Учащийся достиг цели обучения, если:

объясняет физический смысл сопротивления проводников

— применяет формулу расчета сопротивления проводников и ее единицу измерения

— устанавливает зависимость сопротивления проводников от его

Языковые цели

Учащиеся могут:

— объяснить физический смысл сопротивления

— ответить от чего зависит сопротивление проводника

Предметная лексика и терминология специфичная для предмета:

http://fizmat.by/pic/PHYS/page110/form1.gif

сопротивление проводника, Ом, реостат, удельное сопротивление проводника, длина проводника, площадь поперечного сечения, реостат, резистор.

Полезные выражения для диалогов и письма:

Привитие ценностей

Мәңгілік Ел: Всеобщее общество труда

Привитие ценностей осуществляется посредством групповой и самостоятельной работы.

— учитель создает благоприятную, доброжелательную атмосферу для взаимодействия;

— взаимодействие учащихся друг с другом и с учителем осуществляется на протяжении всех этапов урока;

— учитель и ученики совместно достигают цели урока и обсуждают результаты взаимодействия.

Обучение на протяжении всей жизни

Учитель предоставляет возможность учащимся решать проблемы через эксперимент

Межпредметные связи

Математика — простые расчеты, нахождение неизвестной величины, преобразование формул при выводе неизвестной величины.

Предварительные знания

Сила тока, напряжение.

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Начало урока 8мин

Создание коллаборативной среды – 1 мин

Активизация знаний- 5 мин

Целеполог.– 2 мин

1) Организационный момент. Приветствие. Позитивный настрой на работу

для комфортной работы учащихся учитель читает высказывание

“Я слушаю и забываю, я вижу и запоминаю, я делаю и понимаю”. Конфуция

2) Активизация знаний «Физический диктант»

Цель повторить пройденный материал

Позволяет закрепить основные понятия, физические величины, формулы, в ходе которого учащиеся дают краткие лаконичные ответы на вопросы.

Уровень мыслительных навыков:

знание, понимание, применение

Форма работы:

Дифференциация:

по объему учебного материала

записывают основные характеристики силы тока и напряжения

Формативное оценивание:

На слайд выводится таблица с вопросами, после завершения работы учащихся, в следующем слайде выводятся верные ответы.

1. Вариант — Сила тока

2. Вариант -Напряжение

2. Что характеризует данная величина?

3. Единица измерения.

4. Формула расчета.

5. Прибор для измерения силы тока, как подключается в цепь?

2. Что характеризует данная величина?

3. Единица измерения.

4. Формула расчета.

5. Прибор для измерения силы тока, как подключается в цепь?

1. Вариант — Сила тока

2. Вариант -Напряжение

1. I -сила тока

2. Характеризует электрический ток в проводнике.

3. формула для нахождения силы тока, где q-заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, t-время прохождения заряда.

4. Единица измерения – ампер.

5. Измеряется сила тока – амперметром, подключается последовательно в цепь

1. U – Напряжение

2. Характеризует электрическое поле.

3. –формула для нахождения напряжения, где А- работа по переносу заряда через поперечное сечение проводника, q-заряд.

4. Единица измерения – вольт.

5. Напряжение измеряется вольтметром, подключается параллельно в цепь

3) Целепологание через метод «Проблемное обучение»

Цель совместно вывести тему урока, мотивировать учащихся к изучению и осмыслению новой темы.

Уровень мыслительных навыков:

Форма работы:

Дифференциация:

диалог и оказание поддержки

отвечают на проблемный вопрос

Формативное оценивание:

Обратимся к опыту на рисунке . Соберем цепь, состоящую из источника тока, амперметра, вольтметра, проводников из различных металлов

В цепь по очереди включаем проводники из различного металла. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. Силу тока в цепи измеряем амперметром.

Учитель задает вопрос

ü Почему сила тока различна?

ü От чего зависит сила тока?

Вывод: сила тока зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников . Это означает, что разные проводники оказывают разное противодействие току, т.е. оказывают сопротивление .

И так ребята запишите тему урока

учащиеся записывают тему урока в тетрадь . « Электрическое сопротивление проводника, удельное сопротивление проводника, реостат. Практическая работа № 19 «Зависимость сопротивления проводника от рода материала»

Совместный вывод цели урока

учащиеся ставят цель на урок читая с учебника « Ожидаемый результат»

Учебника: Н.А.Закирова, Издательство «Арман ПВ», 2018 г.

Слайд на интерактивной доске с высказыванием

Слайд на интерактивной доске с вопросами

Слайд на интерактивной доске с ответами

Слайд на интерактивной доске с рисунком

Середина урока -27 мин

Эксперимент -6 мин

Работа в тетради – 2 мин

Работа с таблицей в прилож.- 2 мин

Решение задач у доски -5 мин

Практическая работа – 10 мин

Закрепление – 2 мин

Учащиеся выполняют запись в тетрадь со слайда

Сопротивление характеризует сам проводник, обозначается – R , единица измерения (СИ)-1Ом.

Георг Ом – немецкий учёный, который впервые ввёл это понятие в физику.

За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А

На практике используются и другие единицы сопротивления:

1 кОм = 1000 Ом, 1 мОм = 0,001 Ом, 1 МОм = 1000000 Ом

4) Постановка проблемы проводится с помощью метода «Мозговой штурм» либо «Генераций идей». Учащимся задается проблемный вопрос, задание в ходе выполнения которого учащиеся фиксируют все предложенные варианты ответов, при этом на этапе генерации идеи не критикуют высказываемые предложения. В конце группа сходиться на определенном варианте ответа. Цель выяснить в ходе эксперимента от чего зависит сопротивление

Уровень мыслительных навыков:

Форма работы

Дифференциация:

по форме учебных действий

соединяют электрическую цепь по указанной схеме, выясняют от чего зависит сопротивление, делают вывод

Формативное оценивание:

Ф ормируются три группы по «территориальному признаку» это учащиеся сидящие за соседними партами; учащиеся, сидящие на одно м ряду

Проблемный вопрос « От чего зависит сопротивление?»

Каждая группа получит свое задание на карточке. Вам необходимо соединить электрическую цепь по схеме указанной в карточке и сделать определенные выводы из наблюдений. После выполнения эксперимента, один ученик от группы делает вывод из наблюдения. После весь класс записывает верный результат группы.

Перед началом работы, вспомним о технике безопасности:

Ø На рабочем месте провода располагайте аккуратно, плотно соединяйте клеммы с приборами.

Ø После сборки всей электрической цепи, не включайте до тех пор, пока всё не проверит учитель.

Ø Все изменения в электрической цепи можно проводить только при выключенном источнике электропитания.

Ø По окончании работ отключите источник электропитания и разберите электрическую цепь.

Первая группа выясняет, как сопротивление зависит от длины провода

( группе выдаются все необходимые приборы и провода различной длины)

Вывод: сопротивление проводника зависит от его длины; чем длиннее проводник, тем больше сопротивление .

Вторая группа– выясняет, как сопротивление зависит от площади сечения проводника

(группе выдаются все необходимые приборы и провода различной толщины)

Вывод: сопротивление проводника зависит от площади поперечного сечения; чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление.

Третья группа – выясняет, как сопротивление зависит от рода вещества из которого изготовлен провод

(группе выдаются все необходимые приборы и провода из различных материалов)

Вывод: сопротивление проводника зависит от рода вещества

Работа учащихся в тетради

Далее учитель выводит обобщающую формулу для расчета сопротивления

где — удельное сопротивление вещества.

Определение (учебник).Из формулы следует:

Единица измерения (СИ): [1 Ом . мм2 /м], или [1 Ом . м ].

Прибор для регулирования сопротивления в цепи – реостат

5) Работа с таблицей в приложении учебника. Активный метод «Факт или мнение» Цель уметь определять хорошие проводники электричества и диэлектрики

Уровень мыслительных навыков:

Форма работы

Дифференциация:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *