Теория:
Электрическое сопротивление характеризует способность электрического проводника препятствовать прохождению электрического тока.
Закон Ома
Сила тока \(I\) прямо пропорциональна напряжению \(U\). Это означает следующее: во сколько раз изменяется напряжение, во столько раз изменяется и сила тока.
Сила тока \(I\) обратно пропорциональна электрическому сопротивлению \(R\). Поэтому чем больше сопротивление, тем меньше сила тока, протекающего в проводнике
Сила тока \(I\) обратно пропорциональна электрическому сопротивлению \(R\). Поэтому чем больше сопротивление, тем меньше сила тока, протекающего в проводнике
.
Для изучения зависимости электрических параметров соберём электрическую цепь, изображённую на схеме (рис. \(1\)).
Состав схемы (по часовой стрелке по ходу электрического тока):
1) источник электрического напряжения (тока);
2) электрический ключ для размыкания;
3) последовательно подключённый амперметр для измерения силы тока в цепи;
4) сопротивление (спираль никелиновой проволоки);
5) вольтметр, подключённый параллельно к сопротивлению.
Рис. \(1\). Первая схема электрической цепи
При замыкании цепи отметим показания приборов. Используя регулятор напряжения на источнике, изменим напряжение в два раза. При этом показания вольтметра и амперметра также изменятся в два раза. Продолжим увеличивать напряжение на источнике. Наблюдения показывают, что при увеличении напряжения в \(3\) раза, вольтметр покажет увеличение напряжения на спирали в три раза. Во столько же раз увеличится и сила тока.
Опыт показывает зависимость изменения силы тока от приложенного напряжения.
Опыт показывает зависимость изменения силы тока от приложенного напряжения.
Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника: \(I\backsim U\).
Эту зависимость можно изобразить графически:
Рис. \(2\). График зависимости силы тока в проводнике
от напряжения между концами этого проводника
Зависимость силы тока в проводнике от приложенного к нему напряжения называют вольт-амперной характеристикой проводника.
Рис. \(3\). Электрическая схема с набором
различных сопротивлений \(AB\), \(CD\), \(EF\)
Графики тоже будут отличаться.
Рис. \(4\). Графики зависимости силы тока
от напряжения для сопротивлений
\(AB\), \(CD\), \(EF\)
Вольтметр подключим поочерёдно к концам этих проводников. Увидим равные значения напряжения. Значение силы тока на участке цепи пропорционально разности потенциалов на его концах и зависит от рода вещества проводника. Отличие электрических параметров \(U\) и \(I\) связано с тем, что проводники имеют разное электрическое сопротивление.
Чтобы узнать, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту (рис. \(5\)).
Рис. \(5\). Электрическая цепь с аккумулятором
На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор.
- Напряжение \(2~\)В на концах резисторов постоянно. Это подтверждают показания вольтметра, подключенного параллельно к резистору.
- Используются три постоянных резистора сопротивлениями \(1\), \(2\) и \(4~\)Ом, которые подключаются в цепь поочерёдно.
- Сила тока в цепи измеряется амперметром, который подключен последовательно с резистором.
Таблица \(1\). Результаты опыта
| Напряжение на концах проводника, В | Сопротивление проводника, Ом | Сила тока в цепи, А |
\(2\) | \(1\) | \(2\) |
\(2\) | \(2\) | \(1\) |
\(2\) | \(4\) | \(0,5\) |
По опытным данным (табл. \(1\)) прослеживается закономерность, которую обнаружил ещё в \(1827\) году Георг Ом.
Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника: \(I\backsim \frac{1}{R}\).
В честь этого ученого открытый им закон называют его именем — закон Ома для участка цепи.
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи:
,
где \(I\) — сила тока, \(U\) — напряжение, \(R\) — сопротивление.
При изменяющемся сопротивлении и постоянном напряжении на участке зависимость силы тока от сопротивления будет гиперболической:
Рис. \(6\). График зависимости силы тока
от сопротивления проводника