Фізика. 8 клас. Максимович

§ 25. Електричний опір. Закон Ома для ділянки кола

Уявіть собі майдан, на якому люди рухаються в різні боки, мов мурашки, — відбувається святковий ярмарок. А вам з товаришем потрібно дістатися в інший кінець майдану, бо там чекають друзі. Пробитися крізь натовп складно, ви наштовхуєтеся на людей, змінюєте свій напрямок руху, обходите перешкоди. А чи є перешкоди для електричного струму? Давайте з’ясуємо.

Дізнайтеся про...

опір провідника та одиниці вимірювання опору;
закон Ома для ділянки кола.

1. Опір провідника та одиниці його вимірювання

Ви вже знаєте, що носіями струму в металах є вільні електрони. Вони рухаються під дією електричного поля в певному напрямку. Електрони наштовхуються на вузли кристалічної ґратки металів, у яких коливаються позитивні йони. Вони взаємодіють із цими йонами, і їх упорядкований рух сповільнюється. Зменшується кількість електронів, що проходять за одиницю часу через поперечний переріз провідника. Чим взаємодія між вільними електронами і позитивними йонами сильніша, тим менший струм буде в електричному колі й більший час необхідний для проходження всіх електронів через провідник. Це аналогічно до випадку на майдані: чим більше натовп перешкоджатиме вашому руху з товаришем, тим довше ви проходитимете через майдан.

Електричний опір — фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти електричному струму, який ним проходить.

Опір позначають символом R. Одиниця вимірювання опору в системі СІ — Ом. Цю одиницю названо на честь німецького фізика Георга-Симона Ома (1789-1854).

Георг-Симон Ом

1 Ом — це опір такого провідника, у якому виникає струм силою 1 ампер за напруги на кінцях провідника 1 вольт.

Опір провідника часто виражають у кратних чи частинних одиницях.

1 МОм = 1 000 000 Ом

1 кОм = 1000 Ом

1 мОм = 0,001 Ом

Пристрої, що мають чітко визначену величину опору, називають резисторами (мал. 25.1). Резистори є невід’ємним складником сучасної електронної техніки.

Мал. 25.1. Резистори

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Запишіть у порядку зростання значення опору, перед тим перетворивши їх на одиниці системи СІ: 0,000003 МОм, 1800 мОм, 90 Ом, 0,2 кОм.

2. Закон Ома для ділянки кола

Георг Ом досліджував, від чого залежить сила струму в електричному колі. Згодом виявлену ним залежність назвали законом Ома. Проекспериментуємо й ми.

Складемо електричне коло з гальванічного елемента, ключа, резистора, вольтметра та амперметра, накреслимо схему цього кола за допомогою умовних позначень (мал. 25.2) або використаємо для цього PhET-симуляцію (мал. 25.3).

Мал. 25.2. Схема електричного кола

Мал. 25.3. Електричне коло з використанням PhET-симуляції

Виконаємо кілька дослідів.

Дослід 1. Не змінюючи напругу на кінцях ділянки кола, почергово змінюємо опір провідника й вимірюємо силу струму в ньому (мал. 25.4). За опору резистора 5 Ом сила струму становить 1,8 А (мал. 25.4, а); за опору резистора 10 Ом сила струму дорівнює 0,9 А (мал. 25.4, б), а за опору 15 Ом сила струму становить 0,6 А (мал. 25.4, в).

Мал. 25.4. Дослідження залежності сили струму від опору провідника за незмінної напруги

Висновок очевидний: чим більший опір провідника, тим сила струму в ньому за незмінної напруги буде меншою. Таку залежність називають обернено пропорційною.

Дослід 2. Змінимо напругу на кінцях ділянки кола за однакового опору провідника і повторимо експеримент (мал. 25.5). Опір резистора становить 10 Ом. У першому досліді напруга на кінцях провідника дорівнює 4 В, а сила струму в ньому — 0,4 А (мал. 25.5, а); у другому досліді за напруги 9 В сила струму дорівнює 0,9 А (мал. 25.5, б); у третьому досліді за напруги 18 В сила струму становить 1,8 А (мал. 25.5, в).

Отже, чим більша напруга на кінцях провідника, тим більша сила струму в ньому. Це прямо пропорційна залежність.

Мал. 25.5. Дослідження залежності сили струму у провіднику від напруги

Узагальнюючи результати дослідів, робимо висновок, який називають законом Ома: сила струму в ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки й обернено пропорційна її опору.

З формули закону Ома можна визначити напругу та опір провідника:

Залежність сили струму від напруги можна зобразити графічно. Такий графік називають вольт-амперною характеристикою провідника.

Розглянемо графік залежності сили струму від напруги для трьох різних опорів (мал. 25.6). Опір резистора 1 найменший, а резистора 3 — найбільший, тобто менший опір у резистора, графік якого стрімкіший. Чим більший кут нахилу прямої до горизонтальної осі, тим опір менший.

Мал. 25.6. Графік залежності сили струму від напруги для трьох провідників

3. Приклад розв’язування задачі

Задача. На цоколі світлодіодної лампи зазначено: «220 V; 60 mА». Визначте її опір.

Запам'ятайте

Електричний опір — фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти електричному струму, який ним проходить.

Закон Ома: сила струму в ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки й обернено пропорційна її опору.

Вольт-амперна характеристика провідника — графік залежності сили струму від напруги.

Перевірте себе

1. Необхідно удвічі зменшити силу струму в провіднику. Що для цього треба зробити?

2. Заповніть таблицю 1.

Таблиця 1

Резистор	500 мА		4 Ом
Електрична лампочка ліхтарика		4,5 В	15 Ом
Світлодіод F5	20 мА	2 В
Фен для волосся професійний		220 В	22 Ом

3. Визначте силу струму, що проходить в електричній лампочці ліхтарика, якщо її опір становить 15 Ом і приєднана вона до батарейки (4,5 В).

4. За графіком залежності сили струму від напруги (мал. 25.7) визначте опори провідників та порівняйте їх.

Мал. 25.7. Графік залежності сили струму від напруги

5. Якщо на резистор подати напругу 9 В, то через нього проходитиме струм 1,5 А. Визначте силу струму, що проходитиме через той самий резистор, якщо на нього подати напругу 6 В.

Словник фізичних термінів (для пошуку інформації в англомовних джерелах)