Odpor. Reostaty – lekce. Fyzika, 8. třída.

Experiment (3). Materiál vodiče, fyzikální veličina – měrný odpor vodiče (přímá úměrnost).

Poznámka: „experimentem“ je třeba rozumět zapojení vodičů se specifickými shodnými a odlišnými fyzikálními parametry do elektrického obvodu a porovnání hodnot odporu těchto vodičů.

Závislost odporu vodiče na látce, ze které je vyroben, a na délce vodiče jako první objevil německý fyzik Georg Ohm. Založil:

Odpor vodiče závisí přímo na jeho délce a materiálu, ale nepřímo závisí na ploše průřezu vodiče.

Z toho můžeme usoudit: čím delší je vodič, tím větší je jeho elektrický odpor.
Odpor vodiče je nepřímo úměrný jeho průřezové ploše, tzn. čím je vodič tlustší, tím je jeho odpor nižší, a naopak čím tenčí vodič, tím vyšší je jeho odpor.

Pro lepší pochopení tohoto vztahu si představte dva páry komunikujících cév, kde jeden pár cév má tenkou spojovací trubici a druhý tlustou. Je jasné, že při plnění jedné z nádob (každého páru) vodou dojde k jejímu přechodu do druhé nádoby tlustou trubicí mnohem rychleji než tenkou, tzn. Tlustá trubice bude poskytovat menší odpor proudění vody. Stejně tak elektrický proud snáze prochází tlustým vodičem než tenkým, tzn. první mu klade menší odpor než druhý.

Měrný odpor vodiče závisí na struktuře látky. Když se elektrony pohybují uvnitř kovů, interagují s atomy (ionty) umístěnými v uzlech krystalové mřížky. Čím vyšší je teplota látky, tím silněji atomy vibrují a tím větší je měrný odpor vodičů.

Specifický elektrický odpor je fyzikální veličina (rho), která charakterizuje vlastnost materiálu odolávat průchodu elektrického proudu:
ρ = R ⋅ S l , kde měrný odpor vodiče je označen řeckým písmenem (rho), (l) je délka vodiče, (S) je jeho průřez.

Definujme jednotku měrného odporu. Použijme vzorec ρ = R ⋅ S l .

Jak je známo, jednotka elektrického odporu je (1) Ohm, jednotka plochy průřezu vodiče je (1) m² a jednotka délky vodiče je (1) m Dosazením do vzorce získáme:

1 Ohm ⋅ 1 m 2 1 m = 1 Ohm ⋅ 1 m, tzn. jednotka měrného odporu je Ohm ⋅ m.

V praxi (například v obchodě s dráty) se plocha průřezu vodiče měří v milimetrech čtverečních V tomto případě bude jednotka měrného odporu:

1 Ohm ⋅ 1 mm 2 1 m, tzn. Ohm ⋅ mm 2 m .
V tabulce jsou uvedeny hodnoty měrné odolnosti některých látek při (20) °C.

Odpor se zvyšuje úměrně s teplotou.

Při zahřívání se vibrace kovových iontů v uzlech kovové mřížky zvyšují, takže je méně volného prostoru pro pohyb elektronů. Elektrony jsou vrženy zpět častěji, takže hodnota proudu klesá a hodnota odporu se zvyšuje.

Stříbro a měď mají ze všech kovů nejnižší měrný odpor. To znamená, že měď a stříbro vedou elektrický proud lépe než ostatní.

Při zapojování elektrických obvodů např. v bytech se stříbro nepoužívá, protože Je to drahé. Používají se však měď a hliník, protože tyto látky mají nízký specifický odpor.
Někdy jsou potřeba zařízení, jejichž odpor musí být vysoký. V tomto případě je nutné použít látku nebo slitinu s vysokým měrným odporem. Například nichrom.

Polyetylen, dřevo, sklo a mnoho dalších materiálů má velmi vysokou měrnou odolnost. Proto nevedou elektrický proud. Takové materiály se nazývají dielektrika nebo izolanty.

Velmi často musíme měnit sílu proudu v obvodu. Někdy ji zvyšujeme, někdy snižujeme. Řidič tramvaje nebo trolejbusu mění proud v elektromotoru, čímž zvyšuje nebo snižuje rychlost vozidla.

Reostat je rezistor, jehož hodnotu odporu lze měnit.
Reostaty se používají v obvodu ke změně hodnot proudu a napětí.

Reostat na obrázku se skládá z drátu s vysokým specifickým odporem (nikl, nichrom), po kterém se po délce drátu pohybuje pohyblivý kontakt (C), který plynule mění odpor reostatu. Odpor takového reostatu je úměrný délce drátu mezi pohyblivým kontaktem (C) a pevným kontaktem (A). Čím delší je drát, tím větší je odpor části obvodu a tím nižší je proud. Pomocí voltmetru a ampérmetru můžete tuto závislost vysledovat.

Rýže. (2). Reostat s pohyblivým kontaktem
Ve školních laboratorních třídách se používá proměnný odpor – posuvný reostat.
Rýže. (3). Posuvný reostat

Skládá se z izolačního keramického válce, na kterém je navinutý drát s vysokým měrným odporem. Závity drátu musí být od sebe izolovány, takže buď je drát ošetřen grafitem, nebo je na drátu ponechána vrstva okují. Nad vinutím drátu je upevněna kovová tyč, po které se pohybuje jezdec. Kontakty jezdce jsou pevně zatlačeny do závitů a při pohybu se smaže izolační vrstva grafitu nebo okují a poté může elektrický proud procházet ze závitů drátu do jezdce, přes který je přiváděn k tyči, která má na konci svorku (1).

K připojení reostatu k okruhu použijte svorku (1) a svorku (2). Proud, vstupující přes svorku (2), jde podél niklového drátu a přes jezdec je přiváděn do svorky (1). Přesunutím posuvníku z (2) do (1) můžete zvětšit délku drátu, kterým protéká proud, a tím i odpor reostatu.

V elektrických obvodech je reostat znázorněn následovně:

Jako každé elektrické zařízení má i reostat přijatelnou hodnotu proudu, nad kterou může zařízení shořet. Označení reostatu obsahuje rozsah jeho odporu a maximální přípustnou hodnotu proudu.

Odpor reostatu je nutné zohlednit v parametrech elektrického obvodu. Při minimálních hodnotách odporu může proud v obvodu poškodit ampérmetr.

Existují reostaty, ve kterých je spínač připojen k vodičům dané délky a odporu: každá spirála reostatu má určitý odpor. Proto není možné pomocí takového zařízení plynule měnit sílu proudu.