Przedstawiony artykuł dotyczy prawa Ohma oraz oporu elektrycznego. Zapewne jesteście zainteresowani tematem i potrzebujecie informacji w tej dziedzinie. Artykuł ten z pewnością dostarczy wam niezbędnej wiedzy na temat Prawa Ohma, czyli związku między napięciem a natężeniem prądu w obwodzie elektrycznym oraz oporu elektrycznego, który jest miarą trudności przepływu prądu przez dany materiał.
W artykule zostaną omówione kluczowe pojęcia, które pozwolą na zrozumienie tego tematu. Będą to m.in. opis miary oporu elektrycznego, czyli stosunku napięcia do natężenia prądu, oraz oporu właściwego, wielkości charakterystycznej dla danej substancji. Przybliżone zostaną również wyniki pomiarów oraz zadania, które pozwolą na przetestowanie zdobytej wiedzy.
Mamy nadzieję, że artykuł spełni wasze oczekiwania i dostarczy niezbędnych informacji na temat Prawa Ohma i oporu elektrycznego.
Prawo Ohma
Jeżeli między końcami obwodu lub pojedynczego elementu podłączysz napięcie elektryczne, to popłynie tamtędy prąd. Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do napięcia między końcami obwodu lub pojedynczego elementu, a odwrotnie proporcjonalne do jego oporu elektrycznego.
Zależność między napięciem a natężeniem prądu
Czy między napięciem a natężeniem prądu płynącego przez odbiornik istnieje jakaś zależność? Taką zależność można wykazać na podstawie przeprowadzonego doświadczenia.
Zależność napięcia i natężenia prądu
Wyniki pomiarów wskazują, że wzrost napięcia wpływa na równoczesny wzrost natężenia prądu – obie wielkości fizyczne są do siebie wielkościami wprost proporcjonalnymi. Tę zależność zapisujemy w postaci wzoru: I=UR, co jest znane jako prawo Ohma.
Prawo Ohma
Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego między jego końcami. Georg Ohm był niemieckim nauczycielem fizyki i profesorem matematyki na politechnice w Norymberdze, a potem na uniwersytecie w Monachium. W 1826 r. przeprowadził doświadczenie, na podstawie którego sformułował prawo Ohma.
Zmienność prawa Ohma
Prawo Ohma nie jest jednak spełnione dla wszystkich przewodników. Można to sprawdzić poprzez wykonanie doświadczenia opisanego w zadaniu domowym, w którym zamiast opornika stosujemy żarówkę.
Zmiana elementu obwodu elektrycznego
Zastanówmy się, czy wymiana elementu obwodu elektrycznego spowoduje jakieś zmiany. Wykonajmy pomiary dla dwóch różnych oporników i wyznaczmy natężenie prądu płynącego przez każdy z nich.
Zależność oporu
Zmiana elementu obwodu elektrycznego spowodowała zmianę widoczną na wykresie. Nachylenie linii oznaczających opór zależy od prawa Ohma, które mówi, że R=UI. Wartości współczynników dla dwóch oporników są różne.
Obliczenie wartości oporu
Aby obliczyć wartości R1 i R2, wartość napięcia musimy podzielić przez odpowiadające mu natężenie prądu. Wartości obliczone dla R1 i R2 wynoszą odpowiednio 5 Ω i 10 Ω. Jeżeli taką samą wartość napięcia przyłożymy do końców opornika o małym oporze, to będzie tamtędy płynął prąd o większym natężeniu.
Opór elektryczny – co to jest?
Opór elektryczny to właściwość materiałów, która przeciwdziała przepływowi prądu elektrycznego przez element obwodu elektrycznego. Opór elektryczny określa stosunek napięcia elektrycznego między końcami opornika do natężenia płynącego w nim prądu. Jednostką oporu elektrycznego w układzie SI jest om (Ω), a wynika on z równania R = U/I.
Jak działa opór elektryczny?
Opór elektryczny wynika z przeciwdziałania przepływowi prądu przez element obwodu elektrycznego. Lądunki elektryczne poruszają się pod wpływem przyłożonego napięcia, zderzają się z atomami i oddają im swoją energię. Dlatego napięcie elektryczne musi być przyłożone cały czas. Im przewodnik będzie dłuższy, tym liczba zderzeń będzie większa. Innym parametrem przewodnika jest jego grubość, a dokładnie pole jego przekroju. Jeżeli napięcie będzie cały czas takie samo, to w tym samym czasie przez przewodnik o większym polu przekroju popłynie większy ładunek, a zatem natężenie prądu będzie większe, a opór przewodnika mniejszy. Opór elektryczny zależy także od rodzaju materiału, z którego wykonano dany element. Każdy materiał ma określony opór właściwy.
Jak obliczać opór elektryczny?
Opór elektryczny przewodnika zależy od oporu właściwego (ρ), długości przewodnika (l) i pola jego przekroju poprzecznego (S). Można go obliczyć za pomocą równania R = ρl/S.
Prawo Ohma i opór elektryczny – rozwiązywanie zadań
Prawo Ohma to podstawowe prawo elektryczności, które mówi, że natężenie prądu elektrycznego w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia elektrycznego przyłożonego do tego przewodnika i odwrotnie proporcjonalne do jego oporu.
Przykład obliczania napięcia przy pomocy prawa Ohma
Jeśli chcemy obliczyć wartość napięcia przyłożonego do elementu o znanym oporze i natężeniu prądu, możemy skorzystać z prawa Ohma i wzoru U = I*R.
Ćwiczenie interaktywne
Możemy również rozwiązywać zadania związane z oporem elektrycznym i prawem Ohma, na przykład
Zadania interaktywne z fizyki
Zadanie 1: Obliczanie wartości napięcia elektrycznego
Aby rozwiązać to zadanie, należy wpisać dane liczbowe w puste miejsca zgodnie z podanymi instrukcjami. Przedstawiono tu przykład obliczania napięcia elektrycznego na podstawie oporu i natężenia prądu, a także wzór na obliczanie wartości napięcia elektrycznego.
Przez żarówkę latarki kieszonkowej o oporze 45 Ω przepływa prąd o natężeniu 0,1 A. Oblicz wartość napięcia, do którego podłączono żarówkę.
Rozwiązanie:
Wzór: U = R * I
Dane: R = 45 Ω, I = 0,1 A
Szukane: U
Obliczenia: U = 45 Ω * 0,1 A = 4,5 V
Odpowiedź: Do końców żarówki podłączono napięcie równe 4,5 V.
Zadanie 2: Obliczanie oporu elektrycznego
To zadanie przedstawia przykład obliczania oporu elektrycznego grzałki czajnika elektrycznego. Należy uzupełnić dane liczbowe zgodnie z podanymi instrukcjami.
Przez grzałkę czajnika elektrycznego włączonego do napięcia 230 V przepływa prąd o natężeniu 250 mA. Oblicz, ile wynosi opór elektryczny grzałki.
Rozwiązanie:
Wzór: R = U / I
Dane: U = 230 V, I = 250 mA = 0,25 A
Szukane: R
Obliczenia: R = 230 V / 0,25 A = 920 Ω
Odpowiedź: Opór grzałki jest równy 920 Ω.
Obliczanie natężenia prądu
Jeśli chcemy obliczyć natężenie prądu płynącego przez układ elektryczny, musimy znać wartość oporu i napięcia. Natężenie prądu można obliczyć za pomocą wzoru:
I = U / R
Gdzie I to natężenie prądu w amperach (A), U to napięcie w woltach (V), a R to opór w omach (Ω).
Przykład obliczenia
Przykładowo, jeśli opór wynosi 22,5 Ω, a napięcie to 4,5 V, obliczamy natężenie prądu:
I = 4,5 V / 22,5 Ω = 0,2 A
Przez kalkulator płynie prąd o natężeniu 0,2 A.
Analiza prawa Ohma
Pytanie: Czy żarówka spełnia prawo Ohma?
W celu odpowiedzi na to pytanie, należy przeanalizować stosunek napięcia do natężenia prądu, czyli miarę oporu elektrycznego. Odpowiedź na pytanie pomoże wyciągnąć wnioski na temat spełnienia prawa Ohma.
Miara oporu elektrycznego
Miara oporu elektrycznego to stosunek napięcia do natężenia prądu, co oznacza, że im większy opór, tym mniejsze natężenie prądu.
Opór właściwy
Opór właściwy to wielkość charakterystyczna dla danej substancji.
Wyniki pomiarów
Badano, jak natężenie prądu płynącego przez opornik zależy od jego napięcia. Wyniki pomiarów umieszczono w poniższej tabeli:
| U[V] | I[mA] |
|---|---|
| 150 | |
| 300 | |
| 450 | |
| 600 |
Zadania podsumowujące lekcję
Ćwiczenie 5
Uzupełnianie brakujących elementów
Uzupełnij puste miejsca wybierając brakujące elementy z listy:
- Natężenie prądu elektrycznego jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego między końcami przewodnika, a odwrotnie proporcjonalne do oporu właściwego przewodnika.
- Jednostką oporu elektrycznego jest om (Ω).
Ćwiczenie 6.1
Zadanie interaktywne
Zadanie interaktywne.
Ćwiczenie 7.1
Analiza wykresu
Wybierz poprawne stwierdzenia dotyczące analizy danych na wykresie przedstawiającym zależność natężenia prądu płynącego przez cztery różne oporniki od napięcia:
- Największy opór elektryczny ma opornik Z.
- Opornik W ma mniejszy opór niż opornik X.
- Opornik X ma większy opór elektryczny niż oporniki Y i Z.
- Opornik Y ma mniejszy opór elektryczny niż opornik W.
