Elektrický proud. Síla proudu. Odpor. Ohmův zákon pro část obvodu | Jednotná státní zkouška z fyziky, příprava od zkoušejícího

Ohmův zákon vyjadřuje vztah mezi třemi veličinami, které charakterizují tok elektrického proudu v obvodu: proudová síla $I$, napětí $U$ a odpor $R$.

Tento zákon založil v roce 1827 německý vědec G. Ohm, a proto nese jeho jméno. Ve výše uvedené formulaci se také nazývá Ohmův zákon pro část obvodu. Matematicky je Ohmův zákon zapsán jako následující vzorec:

Nazývá se závislost síly proudu na použitém potenciálovém rozdílu na koncích vodiče charakteristika proud-napětí (volt-napěťová charakteristika) vodiče.

Pro každý vodič (pevný, kapalný nebo plynný) existuje vlastní charakteristika proudového napětí. Nejjednodušší formou je proudově-napěťová charakteristika kovových vodičů, daná Ohmovým zákonem $I=/$, a roztoky elektrolytů. Znalost charakteristiky proud-napětí hraje důležitou roli při studiu proudu.

Ohmův zákon je základem veškeré elektrotechniky. Z Ohmova zákona $I=/$ vyplývá:

1. proudová síla v části obvodu s konstantním odporem je úměrná napětí na koncích části;
2. Síla proudu v části obvodu s konstantním napětím je nepřímo úměrná odporu.

Tyto závislosti lze snadno experimentálně ověřit. Získané pomocí obvodu jsou na obrázku uvedeny grafy závislosti proudu na napětí při konstantním odporu a proudu na odporu. V prvním případě je použit zdroj proudu s nastavitelným výstupním napětím a konstantním odporem $R$, ve druhém případě baterie a proměnný odpor (odporový zásobník).

Elektrický odpor

Elektrický odpor je fyzikální veličina, která charakterizuje odpor vodiče nebo elektrického obvodu vůči elektrickému proudu.

Elektrický odpor je definován jako koeficient úměrnosti $R$ mezi napětím $U$ a stejnosměrným proudem $I$ v Ohmově zákoně pro úsek obvodu.

Jednotka odporu tzv. ohm (Ohm) na počest německého vědce G. Ohma, který tento pojem zavedl do fyziky. Jeden ohm ($ 1 $ ohm) – Toto je odpor vodiče, ve kterém je při napětí $1$ V proudová síla rovna $1$ A.

Odpor

Odpor homogenního vodiče konstantního průřezu závisí na materiálu vodiče, jeho délce $l$ a průřezu $S$ a lze jej určit podle vzorce:

kde $ρ$ je měrný odpor látky, ze které je vodič vyroben.

Měrný odpor látky je fyzikální veličina, která ukazuje, jaký odpor má vodič vyrobený z této látky o jednotkové délce a jednotkové ploše průřezu.

Ze vzorce $R=ρ/$ to vyplývá

Převrácená hodnota $ρ$ se nazývá vodivost $σ$:

Protože jednotka odporu SI je $ 1 $ Ohm, jednotka plochy je $ 1 m^ 2 $ a jednotka délky je $ 1 $ m, pak jednotka SI odporu je $ 1 $ Ohm $ m^ 2 $ / m, nebo $1$ Ohm$ ·$m. Jednotkou SI vodivosti je $Ohm^m^$.

V praxi se plocha průřezu tenkých drátů často vyjadřuje v milimetrech čtverečních (m$m^2$). V tomto případě je vhodnější jednotka měrného odporu Om$·$m$m^2$/m. Protože $1 mm^2 = 0.000001 m^2$, pak $1$ Ohm$·$m $m^2$/m$ = 10^$ Ohm$·$m. Kovy mají velmi nízký měrný odpor – řádově ($1 ·10^$) Ohm$·$m$m^2$/m, dielektrika – $10^-10^$ krát vyšší.

Závislost odporu na teplotě

S rostoucí teplotou se zvyšuje odolnost kovů. Existují však slitiny, jejichž odpor se s rostoucí teplotou téměř nemění (například konstantan, manganin apod.). S rostoucí teplotou klesá odpor elektrolytů.

Teplotní koeficient odpor vodiče je poměr změny odporu vodiče při zahřátí o $1°$C k hodnotě jeho odporu při $0°$C:

Závislost měrného odporu vodičů na teplotě je vyjádřena vzorcem:

V obecném případě $α$ závisí na teplotě, ale pokud je teplotní rozsah malý, pak lze teplotní koeficient považovat za konstantní. Pro čisté kovy $α=(/)K^$. Pro roztoky elektrolytů $α

• Examer LLC, 2025
• Napište nám
• Juristické dokumenty

Odpor vodiče omezuje množství proudu v elektrickém obvodu. Čím vyšší je odpor, tím nižší je proud. Odpor vodiče lze vypočítat dvěma způsoby: první metodou je použití vzorce Ohmova zákona a druhá možnost výpočtu zahrnuje znalost geometrických rozměrů vodiče a měrného odporu látky, ze které je vyroben.

Proč se dirigent „brání“?

Stres U, přiložený na konce vodiče, vytváří v něm elektrické pole, které uvádí do pohybu volné elektrony látky. Elektrony, které obdržely další kinetickou energii, se začnou pohybovat uspořádaným způsobem v jednom směru, čímž se v obvodu vytvoří elektrický proud.

Při pohybu se elektrony srážejí s neutrálními a nabitými atomy, které tvoří vodič, a ztrácejí energii. Hmotnost atomu tisíckrát převyšuje hmotnost elektronu, takže jejich srážka vede ke změně směru pohybu elektronů a ke ztrátě rychlosti („brzdění“).

To vytváří odpor proti průtoku (zvýšení) proudu.

Výpočet odporu pomocí Ohmova zákona

Německý fyzik Georg Ohm v roce 1826 objevil, že poměr napětí U mezi konci kovového vodiče, který je součástí elektrického obvodu, na proudovou sílu I existuje konstantní hodnota:

Této veličině se začalo říkat elektrický odpor. Pomocí tohoto vzorce můžete experimentálně určit hodnotu neznámého odporu.

K tomu ampérmetr měří množství elektrického proudu přes odpor a voltmetr měří napětí v části obvodu. Dále se pomocí vzorce (1) vypočítá hodnota R.

Jednotka měření je pojmenována po Georgu Ohmovi. Elektrický odpor 1 Ohm má část obvodu, kde při proudu 1 A je napětí 1 V:

Výpočet pomocí měrného odporu

Odpor vodiče lze vypočítat bez měření hodnot napětí a proudu. K tomu však potřebujete znát další informace o dirigentovi.

Georg Ohm a další výzkumníci experimentálně určili, že odpor vodiče je přímo úměrný délce vodiče L a nepřímo úměrné ploše průřezu vodiče S. Tento vzor lze popsat vzorcem pro výpočet odporu vodiče:

Koeficient ρ se nazývalo rezistivita. Tato fyzikální veličina odráží vlastnosti konkrétní látky, které závisí na hustotě látky, krystalové struktuře, atomové struktuře a dalších vnitřních parametrech. Není nutné pokaždé počítat měrný odpor vodiče, protože u většiny látek jsou měrné odpory měřeny a shrnuty v referenčních tabulkách, které lze nalézt v papírových příručkách nebo v jejich online verzích.

Ale pokud taková potřeba nastane, pak ze vzorce (2) můžete získat následující vzorec (3) a použít jej k výpočtu ρ:

Stříbro má jednu z nejnižších hodnot ρ, což se rovná 0,016 $ $. To vysvětluje použití takového poměrně drahého kovu pro pájení zvláště důležitých rádiových součástek (mikroobvody, mikroprocesory, elektronické desky), které by se měly během provozu co nejméně zahřívat.

co jsme se naučili?

Takže jsme se dozvěděli, že výpočet odporu vodiče lze provést dvěma způsoby. První výpočet se provádí pomocí vzorce Ohmova zákona po změření hodnot napětí a proudu. Pro druhý výpočet jsou potřebné informace o geometrických rozměrech vodiče a jeho měrném odporu.