5.2. Закон Ома для участка цепи

Связь между силой тока и напряжением определяется вольт-амперной характеристикой

Если в цепь включен резистор, то сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению.

(36)

– закон Ома для участка цепи.

Чем больше величина G, тем больше сила тока, тем лучше проводник проводит ток.

Коэффициент G называется проводимостью проводника.

Возьмем величину, обратно пропорциональную проводимости:

тогда . (37)

Величина R характеризует сопротивляемость проводника протеканию электрического тока:

.

Опыт 5.1. Закон Ома для участка цепи

Оборудование:

1. Реостат со скользящим контактом

2. Магазин сопротивлений

3. Амперметр демонстрационный с шунтом на 1А

4. Вольтметр демонстрационный

5. Батарея аккумуляторов

6. Выключатель демонстрационный

7. Провода соединительные

Рис. 47.

Опыт состоит из двух частей. Сначала изменяют с помощью реостата ток в цепи при неизменном наборе шунтов, фиксируя при этом напряжение. На второй стадии опыта изменяют шунт к амперметру при неизменном положении реостата. Результаты измерения тока, напряжения и сопротивления шунта заносятся в таблицу.

Проводится 3-4 измерения.

Выводы: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

5.3. Сторонние силы. Закон Ома для полной цепи

Обязательным условием существования электрического тока в цепи является наличие источника тока, в котором действуют силы неэлектрического происхождения – сторонние силы.

Сторонние силы совершают работу по переносу положительных зарядов из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом:

(38)

(39)

, (40)

, тогда , отсюда ЭДС:

. (41)

Рис. 48.

ЭДС – физическая величина, численно равная работе сторонних сил по переносу единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи.

Опыт 5.2. ФотоЭДС.

Цель работы: изучить явление фотоЭДС.

Оборудование:

1. Солнечная батарея

2. Электродвигатель

Ход работы.

Подсоединим кусочек солнечной батареи, составленной из полупроводниковых фотоэлементов, к маленькому электродвигателю. Мы видим, что при освещении батареи светом от яркой лампы возникает фотоЭДС, и мотор начинает вращаться.

Вывод: на современных космических станциях для получения электроэнергии обычно используют солнечные батареи, составленные из полупроводниковых фотоэлементов.

Рассмотрим участок цепи, содержащий источник ЭДС.

Рис. 49.

По закону сохранения и превращения энергии суммарная работа по переносу заряда вдоль электрической цепи складывается из работы электростатического поля и работы сторонних сил:

,

(42)

– закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС.

т.к. U = IR, то (43)

Знак “+” и “-“ соответствует различным направлениям тока на участке цепи.

Если рассмотреть замкнутую цепь, то работа электростатического поля равна нулю, электрический ток проходит через резистор R:

Рис. 50.

(44)

где R + r – полное сопротивление цепи.

. (45)

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника тока, G – полная проводимость цепи.

Опыт 5.3. Закон Ома для полной цепи

Оборудование:

1. Амперметр

2. Вольтметр

3. Ключ

4. Источник тока

5. Реостат

Ход работы:

Включаем источник питания и видим, что при разомкнутом ключе показания на вольтметре равны 5. Вольтметр показывает значение ЭДС. Потом мы замыкаем ключ и видим падение напряжения на источнике тока и реостате. Теперь при замкнутом ключе будем двигать ползунок реостата. Смотрим зависимость напряжения от силы тока. Чем больше сила тока, тем меньше напряжение. Далее находим внутреннее сопротивление источника тока.