6. ОГЭ. Электрический ток. Напряжение. Сопротивление — Сайт Андрея Швеца

Экспресс подготовка к ОГЭ по физике. Занятие ведет Антонина Васильевна — преподаватель-андроид, уволенная из Академии за насмешки над людьми.

История человеческой науки удивительна. Вы, люди, иногда умудряетесь на основании совершенно неверных предположений сделать верные выводы. Как вам это удается?! И почти все формулы, которые мы сегодня будем повторять, были выведены, когда считалось, что ток — особый род жидкости, текущий по проводам, как по трубам. Уже давно так никто не считает, но формулами продолжают пользоваться.

Правда, в этом смысле человеческая раса не самая удивительная. В нашем мире вероятностные законы работают на микроуровне, на уровне элементарных частиц, а на макроуровне явления, как правило, подчиняются вполне определенным законам. И у каждого следствия есть своя причина. А вот в мире Зеленый Лужок явления и на макро уровне имеют вероятностную природу. Однако местная разумная раса обожает строить научные теории.

Когда наша первая экспедиция посетила этот мир, все ученые планеты Зеленый Лужок вели оживленные дебаты по вопросу, какова будет длительность следующих суток. Одни говорили, что длиннее предыдущих, другие — что короче. Обе стороны приводили аргументы и строили научные теории.

Через день выяснилось, что сутки оказались короче, и все кто доказывал обратное были тут же уволены со своих постов и лишены научных званий. Правда уволенные ученые, похожие кстати как и все их сородичи на больших слизней, не выглядели расстроенными. Если конечно, слизней вообще можно расстроить.

Но вернемся в наш мир. Первая формула связывает работу, которую совершает электрическое поле «двигая» электрический заряд при определенном напряжении.

А=U*q

Напряжение измеряется в вольтах, работа — в джоулях, заряд — в кулонах.

Следующая формула, по сути, является определением электрического тока.

Сила электрического тока, который измеряется в амперах, равна величине электрического заряда, протекающего по проводнику, деленного на время. То есть, сила электрического тока показывает нам сколько кулонов заряда протекает по проводнику за одну секунду. Перемещая переменные по диагонали из одной части равенства в другую, можно выразить из этой формулы и заряд, и время.

Следующая формула — закон Ома.

Сила тока в проводнике пропорциональна подключенному напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению проводника, которое измеряется в омах. И кстати, если продолжать представлять электрический ток, в виде жидкости, текущей по трубе, то все логично. Скорость течения этой жидкости (сила тока) тем больше, чем больше мощность насоса (напряжение), и чем меньше засоренность трубы (сопротивление). И опять из исходной формулы получим еще две.

По третьей формуле можно рассчитать сопротивление проводника/провода.

удельное сопротивление материала, из которого сделан проводник. l — длина проводника, которая измеряется в метрах. S — площадь сечения провода, измеряется в мм² и это редкое исключение из СИ. Если своими словами, то эта формула говорит нам, что чем больше длина — тем больше сопротивление. А если увеличить площадь сечения, то есть толщину, то сопротивление уменьшится. Понятное дело — по широкой трубе электрической жидкости проще течь, чем протискиваться сквозь узкую. Выразим из этой формулы и другие величины.

А теперь выразим и само удельное сопротивление.

Если в формулу подставить вместо величин их единицы измерения, то получим единицу измерения и для самого удельного сопротивления:

Напомню, что все эти формулы были выведены, исходя из предположения, что электрический ток — особый род жидкости. Сработала человеческая страсть объяснять новые явления через старые представления.

Продолжая разговор о странностях разумных существ различных миров, хочется снова вспомнить о жителях Зеленого Лужка. Еще через день сутки снова удлинились и все уволенные ученые были тут же восстановлены в своих должностях и реабилитированы. Правда были уволены их оппоненты, но мы уже не очень за них переживали.

Теперь решаем задания.

Задание 1

В ваттах измеряется мощность, а в амперах — сила электрического тока.

Ответ: 451 — _………._

Задание 2

Исключим заведомо ложные высказывания. Например, чтобы серебро было самым легким, оно должно иметь наименьшую плотность, а это не так. Сопротивление константа больше, чем сопротивление никелина, а значит сопротивление более длинного проводника из константа не может быть равно сопротивлению более короткого проводника из никелина. Осталось проверить оставшиеся высказывания и выбрать верные.

Ответ: 13 — _……….._

Задание 3

Реостат не прибор, а резистор с переменным сопротивлением. О назначении других приборов легко догадаться по названию. Достаточно помнить, что ток измеряется в амперах (А), напряжение — в вольтах (В), сопротивление — в омах (Ом).

Ответ: 543 — _………._

Задание 4

Для экспериментатора главная фраза: «при прочих равных». Если мы собрались исследовать зависимость сопротивления от длины стержня, то и материал, и его диаметр не должны меняться. Значит, нужно отобрать пару одинаковых по диаметру стержней.

Ответ: 4 — _……….._

Задание 5

Вспомните, какая формула связывает силу тока, напряжение и сопротивление.

Ответ: 2200А — _……….._

Задание 6

Напряжение и сила тока пропорциональны, то есть во сколько раз увеличим напряжение во столько же раз увеличится и ток. И еще обратите внимание, что поскольку второй ток будет больше, то для равенства домножать на какой-нибудь коэффициент придется первый ток.

Ответ: 2 — _……….._

Задание 7

Сопротивление более длинного железного проводника, будет больше более короткого. Теперь сравним медный и короткий железный, учитывая, что удельное сопротивление меди гораздо меньше.

Ответ: 1 — _………._

Задание 8

Если в металлах электрический ток — движение электронов, то в растворах — это движение положительных и отрицательных ионов (не электроны! — внимательно читайте предложенные варианты).

Ответы: 4 — _……….._

Задание 9

Вспомним формулу, связывающую силу тока, заряд и интервал времени. Выразим из нее заряд. По диаграмме найдем значение силы тока на данном интервале, и собственно сам интервал (между 80 и 100 секундами).

Ответ: 4 — _………._

Задание 10

Вспомним формулу с удельным сопротивлением проводника. Она у нас одна. Выразите из нее удельное сопротивление. Внимательно посмотрите на то, что получилось. Глубоко вдохните и выдохните. Чего у нас нет, чтобы можно было подставить и посчитать? Правильно, сопротивления. Но его мы можем посчитать отдельно по закону Ома, поскольку у нас есть и сила тока, и напряжение.

Ответ: 0,18 — _……….._

Задание 11

Напомню, что электролиз — это процесс, во время которого на электродах, опущенных в раствор, выделяются вещества, входящие в этот раствор. Это если совсем просто объяснять. Таким способом покрывают, например, металлические детали на производстве. Теперь скажите, такое действие больше похоже на химическое или световое?

Ответ: 3 — _……….._

Задание 12

Возьмем, скажем, напряжение в 2В. Посчитайте каков будет ток при этом напряжении и при указанном сопротивлении.

Ответ: 1 — _………._

Задание 13

Определите сначала цену деления (клеточки) и для силы тока, и для напряжения. Теперь выберите любую точку, но желательно, чтобы она пришлась на пересечение линий. Скажем 3А и сколько-то там вольт (сами то сможете определить?). Подсчитайте сопротивление провода. Теперь из формулы сопротивления проводника выразите длину и подставьте значения. Удельное сопротивление железа — 0,1

Ответ: 10 — _………._

Задание 14

Вспомним формулу, связывающую работу и напряжение электрического поля. Выразите из нее напряжение и подсчитайте. Заряд одного электрона равен 1,6 10^-19Кл.

Ответ: 150 — _……….._

Задание 15

Как подключаются в цепь амперметр и вольтметр?

1. Амперметр подключается параллельно участку цепи, на котором измеряется сила тока. А вольтметр подключается последовательно с другими элементами цепи.
2. Вольтметр — параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение. А амперметр — — последовательно с другими элементами цепи.

Амперметр измеряет силу тока, поэтому он должен пропускать весь его через себя. А вольтметр измеряет напряжение между двумя точками цепи, и поэтому подключается к этим двум точкам .

Ответ: 2 — _………._

***

Чем дольше Коля и Оля брели в тумане чужого мира, тем больше они забывали свой, и тем более детальным становился мир Демонов. Все отчётливей проступали причудливые горы вокруг и силуэты городов вдали. Демонов им тоже встречалось все больше. И они были очень обрадованы маленьким гостям.

Мир преобразовывался прямо на глазах у детей, порождая в них сильные противоречивые чувства: от восторга до ужаса. Как и многие другие миры, этот был гораздо беднее энергией и эмоциями, чем наш. Эмоциональность людей нашего мира — редкость. Мир же Демонов тихо угасал, а их тактичность не позволяла попросить людей об энергии напрямую. Они только предлагали стать частью их мира. И, наконец, это произошло.

Но Илья Ларсен, изолировавший себя и других людей от тумана, терял связь с этим миром. Теперь это был просто туман. Люди думали, что демоны перестали к ним приходить и избегают встреч, потому что похитили детей. На самом же деле, жители двух миров перестали друг друга видеть. И скафандры людей, и оболочка их базы разделяли миры, не давая им возможности взаимопроникать друг в друга. Для демонов земляне тоже исчезли, оставив им только Олю и Колю.

Экспедиция по поиску пропавших продвигалась в тумане никого и нечего не встречая. Тогда Илья Ларсен сбросил скафандр и пошел впереди своих подчиненных, без защиты. Он начал что-то видеть, но не мог понять что именно. Его восприятие не обладало детской гибкостью, и он снова начал сходить с ума. Его мозг отказывался интерпретировать открывающийся ему мир, совершенно отличный от привычного. Илья упал на колени, сжал голову руками и его товарищи снова поместили его в скафандр, чтобы эвакуировать.

Экспедиции по поиску детей продолжались еще много дней и безрезультатно. Продолжались они только потому, что долго никто не решался их прекратить. Илью Ларсена госпитализировали с диагнозом ложная слепота. Его глаза были в норме, но мозг уже не мог по прежнему обрабатывать зрительные сигналы. Он ничего не видел.

ВЗАИМОСВЯЗИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

НАЗНАЧЕНИЕ:

Зависимость тока от напряжения для трех различных электрические устройства будут определяться экспериментально.

В ЧЕМ СМЫСЛ?

Чтобы показать, что некоторые материалы не подчиняются закону Ома Закон в простой форме; то есть некоторые материалы обладают сопротивлением который изменяется при различных обстоятельствах.

ПРЕДПОСЫЛКИ ЧТЕНИЯ:

Катнелл и Джонсон 20.2, 20.3. Примечание. Уравнение 20.2.

ТЕОРИЯ:

Материал можно охарактеризовать электрически, измерив ток ( I ), протекающий через материал в результате приложенной к нему разности электрических потенциалов ( В ). Этот информация наиболее легко отображается в IV кривая (называется характеристическая кривая), которая представляет собой график результирующего тока поток в зависимости от приложенной разности потенциалов. Говорят, что материал быть «омическим», или подчиняться закону Ома, если отношение напряжения

В к текущему I является константой. Эта постоянная называется сопротивлением R и имеет единицы измерения вольт/ампер или ом.

Графически омическое устройство характеризуется линейной IV изгиб. Большинство металлов являются омическими при условии, что температура не допускается. заметно различаться. Для неомических материалов Отношение тока к напряжению может быть сложной функцией Напряжение. Для некоторых нелинейных кривых IV определение сопротивление, указанное выше, малопригодно для определения ток при заданной разности потенциалов. Более полезное количество динамическое сопротивление

         R = дельтаV / дельтаI
 

который определяется небольшим изменением тока ( deltaI ) в результате небольшого изменения разности потенциалов ( deltaV ). Графически это обратное наклона касательной, проведенной к характеристической кривой.

ПРОЦЕДУРА:

В ходе эксперимента не допускать ток должен превышать диапазон амперметра (500 мА). До вы строите каждую схему, поворачиваете грубую и точную регулировку ручки на блоке питания в минимальное положение, полностью против часовой стрелки.

1. Омический резистор
   Подключите схему, показанную на рисунке 1, без подключения питания. источник до проверки инструктором. Не ставьте более два соединительных провода на одной клемме, если это действительно необходимо. Поручите инструктору проверить схему, прежде чем вы приступайте к измерениям.

   
   Рис. 1.

   Предоставленный вам резистор имеет значение 5 Ом. Вы должны варьировать и записывать напряжение с шагом 1/2 вольта от 0 до 3 вольт. Для каждого значения измерьте и записывай ток. Убедитесь, что показания обоих счетчиков максимальное количество значащих цифр.

   График зависимости тока от напряжения и по наклону определить сопротивление. Рассчитать процентная разница от номинального значения 5 Ом.

   Примечание: наклон не равно сопротивлению, если график построен в соответствии с инструкциями.

2. Полупроводниковый диод

   Удалите резистор и замените кремниевый диод (см. рис. 2). Подключите диод так, чтобы его конец с серебряным полоса находится ближе всего к отрицательной клемме источника питания. При этом важно, чтобы напряжение не превышало 1,2 вольт. Когда вы начнете эту часть, убедитесь, что напряжение 0 и действуйте с шагом 0,1 вольта, используя «точную» регулировку только ручка. Если диод смещен в прямом направлении, вы должен получить измеримый ток около 0,6 вольта. Из этого значение действуйте с шагом 0,1 вольт, пока не достигнете 500 мА или 1,2 вольт, в зависимости от того, что наступит раньше. Если диод смещен в обратном направлении направление, вы не получите измеримое значение для ток в диапазоне от 0 до 1,2 вольта. НЕ ПОДАВАЙТЕ НАПРЯЖЕНИЕ БОЛЕЕ 1,2 В для любого из условий смещения.

   
   Рис. 2.

   Постройте график зависимости тока от напряжения для диода в прямом ситуация предвзятости. Определить динамическое сопротивление диода при V = 0,8 вольт. Как меняется сопротивление при увеличении напряжения на диоде?

3. Лампочка

   Ссылаясь на рисунок 1, замените вольтметр 0–3 вольт на 0–10 вольт. вольт вольтметр и резистор заменить на стандартный лампочку и получить данные тока — напряжения для напряжений от 0 до 8 вольт с шагом 0,5 вольта. Сопротивление лампочки постоянна в этом диапазоне напряжений?

   График зависимости тока от напряжения. Вычислите динамическое сопротивление лампочки при 5 вольт.

   Поскольку нить накаливания металлическая, можно ожидать, что она будет вести себя как омический резистор. Очевидно, что форма вашей кривой IV непостоянна. с этим понятием.

   Почему меняется сопротивление нити накала лампочки с напряжением?

---

Крупнейший источник экспериментальной ошибки

Эксперимент этой недели очень прост: есть только два инструмента, с которых вы считываете значения.

• вольтметр
• амперметр

Какой из них отвечает за большую часть ваших экспериментальная неопределенность? Рассмотрим ваши измерения лампочки. Вы меняли напряжение от 0 до 8 вольт, поэтому типичная настройка находится посередине между: при V = 4 вольта. Заполните таблицу ниже, чтобы определить процент погрешность в показаниях каждого прибора при этой настройке.

 
                                      Вольтметр Амперметр
-------------------------------------------------- --------------------------
                                                       
наименьшее деление
 (= наименьшее количество)
                                                       
чтение при V = 4 вольта
грубая неопределенность
 (т.е. значение +/-)
частичная неопределенность
 (грубая неопределенность/чтение)
процент неопределенности
 100*(дробная неопределенность)
-------------------------------------------------- --------------------------
 

Если бы у вас было достаточно денег, чтобы заменить только один из этих инструментов с более точной версией, что вы должны выбрать, чтобы улучшить ваш эксперимент больше всего?

---

По желанию

Если у вас есть время, возьмите четвертый предмет из кармана или портфеля, и попробуй измерить его сопротивление.