Электрическое сопротивление и закон Ома

Слайд 1. Электрическое сопротивление и закон Ома

Как ток преодолевает препятствия и от чего зависит его сила

Слайд 2. Что мешает току?

Электрический ток — это упорядоченное движение электронов. Однако проводник не является пустым туннелем. Внутри него находятся ионы кристаллической решётки.

Свободные электроны постоянно сталкиваются с этими ионами, взаимодействуют с ними и теряют часть своей энергии. Это противодействие проводника направленному движению зарядов и называется электрическим сопротивлением.

Слайд 3. Характеристики сопротивления

Обозначается латинской буквой $R$

Единица измерения в СИ — Ом (в честь Георга Ома)

$1$ Ом — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении $1$ В сила тока равна $1$ А

Сопротивление — это физическая величина, характеризующая свойства самого проводника

Слайд 4. От чего зависит $R$?

Чем длиннее провод ($l$), тем больше препятствий на пути электронов. Чем больше площадь поперечного сечения ($S$), тем легче электронам проходить через него.

Разные вещества имеют разную структуру решётки. Эта способность материала сопротивляться току называется удельным сопротивлением $\rho$.

Слайд 5. Схема для изучения закона Ома

Чтобы экспериментально установить связь между силой тока ($I$), напряжением ($U$) и сопротивлением ($R$), собирают электрическую цепь.

Она включает источник тока, амперметр (последовательно), вольтметр (параллельно резистору) и ключ. Изменяя напряжение на участке, мы можем наблюдать, как меняется сила тока.

Слайд 6. Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ — это график зависимости силы тока $I$ от напряжения $U$.

• Прямая линия из начала координат подтверждает закон Ома: во сколько раз растет напряжение, во столько же раз увеличивается ток.

• Чем меньше угол наклона графика к оси напряжений (график более «пологий»), тем больше сопротивление проводника $R$.

• Лайфхак: чтобы найти $R$, выберите любую точку на линии и разделите её координату $U$ на $I$. Например, если при $U=4$ В ток $I=2$ А, то $R=\frac{4}{2}=2$ Ом.

• Вопрос: Как изменится график, если мы заменим медную проволоку на нихромовую такой же длины?

Слайд 7. Закон Ома для участка цепи

Сформулированный в 1827 году закон является фундаментальным для всей электротехники:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

$$\mathbf{I}=\frac{\mathbf{U}}{\mathbf{R}}$$

Где:

$I$ — сила тока (А),

$U$ — напряжение (В),

$R$ — сопротивление (Ом).

Слайд 8. Практическое применение

В лампах накаливания используется вольфрамовая нить с высоким сопротивлением, которая раскаляется до свечения.

В электроплитах и обогревателях спирали из нихрома преобразуют энергию тока в тепло благодаря большому $R$.

Реостаты позволяют менять сопротивление в цепи, тем самым управляя громкостью звука или яркостью света.

Предохранители разрывают цепь, если сила тока становится опасно высокой из-за низкого сопротивления (короткого замыкания).

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Как изменится сила тока в цепи, если заменить медный провод на железный такой же длины и толщины?

Почему при включении мощного чайника свет в комнате может стать чуть тусклее?

Во сколько раз изменится ток, если напряжение увеличить в 4 раза, а сопротивление уменьшить в 2 раза?

Зачем на электроприборах пишут их рабочее напряжение и мощность?

Слайд 10. Итоги урока

Сопротивление ($R$) — это свойство проводника препятствовать току, измеряется в Омах.

Причина сопротивления — столкновения электронов с узлами кристаллической решётки.

Закон Ома связывает три основные величины: $I=U/R$.

Сила тока зависит от напряжения (прямо) и от сопротивления (обратно).

Сопротивление зависит от материала, длины и толщины провода.