Методическая разработка урока «Закон Ома для участка цепи»

Технологическая карта

Базовый учебник	Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В.Перышкин. — М.: Дрофа, 2012 год.
Цель	Обобщить знания учащихся об электрическом токе и напряжении и установить на опыте зависимость силы тока от напряжения на однородном участке электрической цепи и от сопротивления этого участка, вывести закон Ома для участка цепи.
Задачи урока	— обучающие: закрепление понятия сила тока, напряжение, сопротивление; вывести зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи. Закон Ома для участка цепи. Примеры на расчёт силы тока, напряжения и сопротивления проводника. -развивающие: развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов; продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач. — воспитательные: развитие познавательного интереса к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул, развитие аккуратности, умения организовывать свою работу в определённом промежутке времени.
Тип урока	Урок формирования новых знаний с использованием ЭОР.
Формы работы учащихся	Фронтальная, групповая, индивидуальная.
Виды деятельности	Работа с текстом, решение количественных и качественных задач.
Используемые приемы обучения	Эвристический; исследовательский.
Методы	Словесный, частично-поисковый, Практический, объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, наглядный, методы контроля и самоконтроля.
Средства обучения	компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска, запись на доске, учебник, презентация, лабораторные амперметр и вольтметр, источник тока, ключ, проводники, соединительные провода, тетради учащихся.
Демонстрации	1. Зависимость силы тока от сопротивления проводника при постоянном напряжении; 2. Зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении участка цепи.
Формируемые УУД	регулятивные: самостоятельность, целеполагание, контроль; познавательные: практическое освоение основ проектно-исследовательской деятельности, интерес к новому учебному материалу; коммуникативные: организация и планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками, общительность, умение договариваться, работать в группе, аргументировать, отвечать на поставленные вопросы; личностные: справедливость, формирование адекватной позитивной самооценки, оценивание успехов, установка на ЗОЖ.
Ожидаемые результаты Учащиеся научатся:	Объяснять зависимость силы тока от напряжения и сопротивления на участке цепи; Строить графики зависимости силы тока от напряжения и сопротивления; Собирать простейшие электрические схемы; Применять закон Ома для решения количественных задач.

Ход урока

1. Организационный этап

Самоопределение к деятельности

Цель: Проверить готовность обучающихся, их настрой на работу.

— Здравствуйте, ребята! Я рада вас сегодня видеть! Посмотрите друг на друга. Улыбнитесь, пошлите друг другу положительные эмоции! Выберите ту мордашку, которая соответствует вашему настроению в данный момент времени. У вас на столе лежат оценочные листки (приложение 1), куда вы будете вносить оценки за все ваши действия, а в конце выставите итоговую оценку за урок.

— Итак, на предыдущем уроке мы с вами изучили основные характеристики электрического тока, какие?

— Сила тока, напряжение, и сопротивление

— Также установили зависимость между силой тока и напряжением. Какая это зависимость?

— Чем больше напряжение, тем больше сила тока, и наоборот: чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.

— Правильно! А как называется такая зависимость?

— Прямая зависимость!

— Верно! И графиком этой зависимости будет прямая! Но ведь у нас еще есть третья величина — сопротивление. И мы не знаем, как связаны эти величины. Как вы думаете, какова цель нашего сегодняшнего урока?

— Выяснить зависимость между тремя величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением.

— Все верно! Цель урока мы с вами поставили. И эту зависимость мы будем искать опытным путем.

2. Актуализация опорных знаний

«Вызов» (Фронтальная работа с классом)

Цель: подвести учащихся к формулировке темы урока.

— Чтобы узнать тему нашего сегодняшнего урока, давайте решим кроссворд (приложение 2) и отгадаем выделенное слово по вертикали. Каждый выполняет эту работу самостоятельно, а потом мы проверим.

Вопросы к кроссворду:

1. Бывает положительным, бывает отрицательным. (Заряд)
2. Как включают вольтметр в цепь? (Параллельно)
3. Единица измерения электрического заряда (количества электричества) в Международной системе единиц (СИ). (Кулон)
4. Упорядоченное движение заряженных частиц. (Ток)
5. Физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создаёт ток. (Напряжение)
6. Единица напряжения. (Вольт)
7. Прибор для измерения напряжения. (Вольтметр)
8. Прибор для измерения силы тока. (Амперметр)

— Какое выражение мы получили?

— Закон Ома.

Итак, тема нашего сегодняшнего урока — Закон Ома. А почему он так называется, мы узнаем, открыв учебник на стр.

101. (Один из учащихся читает про Георга Ома, остальные следят)

— Откройте тетради и запишите тему урока: «Закон Ома для участка цепи».

3. Изучение нового материала

«Экспериментально-исследовательская работа» (Работа в группах)

Цель: Выяснить экспериментальным путем зависимость силы тока на участке цепи от сопротивления проводника.

— Для того чтобы найти зависимость между тремя величинами. Мы разделимся на 2 группы. Первая группа выяснит, как зависит сила тока от напряжения на участке цепи при постоянном сопротивлении этого участка, вторая — как сила тока зависит от сопротивления проводника, при постоянном напряжении на его концах. А затем мы совместно сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от напряжения и сопротивления, т.е. решим основную задачу урока.

На столах у вас есть все необходимое оборудование, а также схемы, инструкции по выполнению эксперимента и таблицы, которые необходимо заполнить. (приложение 3). Не забываем про технику безопасности при работе с электроприборами.

Итак:

1. На рабочем месте провода располагайте аккуратно, плотно соединяйте клеммы с приборами.
2. После сборки всей электрической цепи, не включайте до тех пор, пока всё не проверит учитель.
3. Все изменения в электрической цепи можно проводить только при выключенном источнике электропитания.
4. По окончании работ отключите источник электропитания и разберите электрическую цепь.

1 группа

Инструкция по выполнению исследования

1. Собрать схему, представленную на рисунке.

2. Изменяя напряжение в цепи (сначала подключить в цепь 1 батерею, затем 2), заполнить таблицу.

3. Построить график зависимости силы тока от напряжения.

U, B	I, A	R, Ом
		8
		8

2 группа

Инструкция по выполнению исследования

1. Собрать схему, представленную на рисунке.

2. Изменяя сопротивление в цепи (сначала подключить в цепь сопротивление 1 Ом, затем, 2 Ом и 3 Ом соответсвенно) , заполнить таблицу.

3. Построить график зависимости силы тока от сопротивления.

U, B	I, A	R, Ом
const
const
const

(Таблица и график каждой группы на доске, учащиеся заполняют)

Послушаем выводы 1 группы: С увеличением напряжения сила тока в проводнике возрастает при постоянном сопротивлении, т. е. при R = const, U↑ I↑ , I ~ U.

Послушаем 2 группы: С увеличением сопротивления проводника сила тока уменьшается R↑I↓, т.е. при U = const, I ~ 1/R.

— Тогда сможем записать:

Мы с вами получили математическую запись закона Ома, который читается так: «Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению».

— Для чего же необходимо знать закон Ома? Пользуясь этим законом, мы можем рассчитать силу тока, зная напряжение и сопротивление, то есть, зная две величины, мы всегда можем найти третью. Для запоминания формулы закона Ома и последующего его применения для решения задач лучше пользоваться магическим домиком.

— Вы, наверное, устали, путешествуя по комнатам домика. Давайте немного отдохнем.

4. Физкультминутка

Цель: Сохранение здоровья школьников, поддержание тонуса.

5. Первичное закрепление нового материала

Цель: проверка уровня усвоения материала и умения применять изученное на практике.

Вернемся к закону, который мы получили, и посмотрим, как его можно применять для расчета одной величины, зная две другие.

— Чтобы наш труд на уроке не прошел даром, материал нужно будет закрепить дома. Откройте дневники и запишите домашнее задание.

6. Инструктаж по выполнению домашнего задания

Цель: закрепление нового материала, вовлечение учащихся в творческую деятельность.

Домашнее задание: 1.§ 44, упр.19 (4,5)

7. Подведение итогов урока

Цель: Соотнесение поставленных целей достигнутым результатам.

— Ребята, сегодня на уроке вы познакомились с одним из важных законов при изучении электрических явлениях «Закон Ома для участка цепи». Научились на основе фактов, выдвижения гипотезы, предлагаемой модели, устанавливать зависимость физических величин путем проведения эксперимента. Мне бы хотелось бы узнать:

1. Что понравилось на уроке?
2. Что бы вы хотели выполнить ещё раз?

Поставьте себе оценки в оценочный лист, и мы увидим, справились ли вы с поставленной задачей на уроке.

8. Рефлексия

Литература

1. Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В.Перышкин. — М.: Дрофа, 2012.

Используемые ЭОР:

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.http://school-collection.edu.ru/
2. http://www.youtube.com/watch?v=SAWr-KZhD0E «Суперфизкультминутка для урока»
3. http://www.youtube.com/watch?v=hhZKdSymg1s «Закон Ома»

Разработка урока «Зависимость силы тока от напряжения. Электрическое сопротивление.

Закон Ома для участка цепи» | План-конспект урока:

Тема урока: зависимость силы тока от напряжения. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи

Цель урока:

Образовательная: установить зависимость между  силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи.

Развивающая: формировать умение проведения измерений (исследование зависимости одной физической величины от другой), умения сравнивать и  обобщать результаты эксперимента.

Воспитательная:  воспитать познавательный интерес к предмету.

Задачи урока:

Научиться определять силу тока, напряжение по графики между этими величинами и по нему же — сопротивление проводника. Установить зависимость силы тока от напряжения на концах проводника и  его сопротивления.

Оборудование. Интерактивная доска и интерактивная модель, проектор, ПК, мультимедийная презентация, лабораторное оборудование: вольтметр, амперметр, источник питания, источник питания с переменным напряжением, ключ, провода.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Организационный момент

Приветствие, проверка готовности к уроку учащихся: наличие учебников, тетрадей.

Актуализация знаний

Электрический ток производит различные действия тока, такие как нагревание проводника, магнитные и химические действия. Изменяя силу тока в цепи, можно регулировать эти действия. Но чтобы управлять током в цепи, надо знать, от чего зависит сила тока в ней.

Мы знаем, что электрический ток в цепи — это … (упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле). Чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем, очевидно, и больше сила тока в цепи.

Но действие поля характеризуется физической величиной — напряжение. Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения.

Установим эту зависимость на опыте.

Изложение нового материала

Демонстрация опытов, заполнение таблиц. Наблюдают, делают выводы, заполняют таблицу. Общий вывод закона.

1 опыт.  Соберем электрическую цепь, состоящая из источника тока, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа,  параллельно присоединённого к спирали вольтметра, силу тока будем измерять  амперметром.  В качестве источника тока возьмём прибор, выходное напряжение которого можно изменять. Изменим напряжение, измерим силу тока в резисторе. Запишем показания приборов в таблицу.

Опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нём.

Вывод:  сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Построим  график зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника.

На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси отложим  напряжение в вольтах, а по вертикальной — сила тока в амперах.

2 опыт. Соберем электрическую цепь, состоящая из источника тока, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа,   силу тока в резисторе  будем измерять  амперметром.  Будем последовательно (поочередно) подсоединять спирали  из разных веществ и измерять силу тока.  Опыт показал, что сила тока во всех проводниках различна. Сила тока зависит от свойств проводников. Объясняется это тем, что разные проводники оказывают различное противодействие установлению электрического тока, т.е. обладают различным электрическим сопротивлением. Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

Если бы электроны в проводнике не испытывали никаких помех в своём движении, то они, будучи приведены в упорядоченное движение, двигались бы по инерции неограниченно долго. В действительности электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла. При этом замедляется упорядоченное движение электронов и сквозь поперечное сечение проводника проходит за 1 с меньшее их число.

Вывод: причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки. Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Обобщим эти 2 опыта. Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома по имени немецкого учёного Георга Ома, открывшего этот закон в 1827 г.

Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Заполнение таблицы.

За единицу сопротивления принимают 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока рана 1 А

 Закрепление

1. Чему равна сила тока в электрической лампе карманного фонаря при напряжении 4,5 В, если сопротивление нити накала 15 Ом?

2. Какие измерительные приборы нужны, для того чтобы определить сопротивление проводника?

• вольтметр
• динамометр
• секундомер
• амперметр

        

Согласно закону ома сила тока вычисляется по формуле найти

Формулировка и объяснение

Человеком, который смог получить основной закон электротехники, стал ученый Георг Ом из Германии. Выведенный им постулат имеет довольно простое определение — сила тока на участке цепи обратно пропорциональна сопротивлению и прямо пропорциональна напряжению.

При этом она является самой простой и применяется для внешнего однородного участка цепи, на котором отсутствуют источники ЭДС. Говоря проще, в рассматриваемой электроцепи не должно находиться батарейки, иначе формула, выражающая закон, примет слегка измененный вид: I = E / (R + r). В ней E соответствует потенциальной энергии источника ЭДС, а r представляет собой его внутреннее сопротивление. Таким образом, появилось еще несколько новых понятий:

• однородный участок электроцепи;
• полная цепь;
• внешний и внутренний участок.

Зная простейшую формулу закона Ома, на экзамене можно легко дать его определение и решать несложные практические задачи. При дальнейшем изучении электротехники предстоит углубиться в тонкости этого предмета, например, познакомиться с понятиями реактивного и активного сопротивления, а также записать более сложную формулу.

Электрический ток и его характеристики

Определение 9

Проводники, которые подчинены закону Ома, получили название линейных.

Для изображения графической зависимости силы тока I от U (графики называют вольт-амперными характеристиками, ВАХ) используется прямая линия, проходящая через начало координат.

Существуют устройства, не подчиняющиеся закону Ома. К ним относят полупроводниковый диод или газоразрядную лампу. Металлические проводники имеют отклонения от закона Ома при токах большой силы. Это связано с ростом температуры.

Определение 10

Участок цепи, содержащий ЭДС, позволяет записывать закон Ома таким образом:

IR=U12=φ1-φ2+δ=∆φ12+δ.

Формула получила название обобщенного закона Ома или закон Ома для неоднородного участка цепи.

Рисунок 1.8.2 показывает замкнутую цепь с постоянным током, причем ток цепи (cd) считается однородным.

Рисунок 1.8.2. Цепь постоянного тока.

Исходя из закона Ома IR=∆φcd, участок (ab) содержит источник тока с ЭДС, равной δ. Тогда для неоднородного участка формула примет вид Ir=∆φab+δ. Сумма обоих равенств дает в результате выражение I(R+r)=∆φcd+∆φab+δ. Но ∆φcd=∆φba=-∆φab, тогда I=δR+r.

Определение 11

Формула I=δR+r выражает закон Ома для полной цепи. Запишем ее, как определение: сила тока в полной цепи равняется электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Рисунок 1.8.2 говорит о том, что R неоднородного тела может быть рассмотрено как внутреннее сопротивление источника тока. Тогда (ab) участок будет являться внутренним участком источника.

Определение 12

При замыкании a и b с помощью проводника с малым по сравнению с внутренним сопротивлением источника получим, что в цепи имеется ток короткого замыкания Iкз=δr.

Сила тока короткого замыкания является максимальной, получаемой от источника с ЭДС и внутренним сопротивлением r. Если внутренне сопротивление мало, тогда ток короткого замыкания может вызвать разрушение электрической цепи или источника.

Пример 1

Свинцовые аккумуляторы автомобилей имеют силу тока короткого замыкания в несколько сотен ампер. Особую опасность представляют замыкания в осветительных сетях, которые имеют подпитку от подстанций. Во избежание разрушительных действий предусмотрены предохранители или автоматы для защиты сетей.

Чтобы при превышении допустимых значений силы тока не произошло короткого замыкания, используют внешнее сопротивление. Если сопротивление r равняется сумме внутреннего и внешнего сопротивления источника, сила тока не будет превышать норму.

При наличии разомкнутой цепи разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи равняется ее ЭДС. Когда внешнее R включено и ток I подается через батарею, то разность потенциалов на полюсах запишется, как ∆φba=δ-Ir.

Рисунок 1.8.3 дает точное схематическое изображение источника постоянного тока с ЭДС, равной δ, внутренним r в трех режимах: «холостой ход», работа на нагрузку, режим короткого замыкания. E→ является напряженностью внутри электрического поля внутри батареи, a – силами, действующими на положительные заряды, Fст→– сторонней силой. Исчезновение электрического поля возникает при коротком замыкании.

Рисунок 1.8.3. Схематическое изображение источника постоянного тока: 1 – батарея разомкнута;2 – батарея замкнута на внешнее сопротивление R; 3 – режим короткого замыкания.

Применение и практический смысл

Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

Перечислим некоторые из них:

• электрочайники;
• утюги;
• фены;
• варочные плиты;
• паяльники;
• сварочные аппараты и многое другое.

На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

Рис. 3. Бытовые нагревательные приборы

Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

Почему греется проводник

Как же объясняется нагрев проводника? Почему он именно греется, а не остаётся нейтральным или охлаждается? Нагрев происходит из-за того, что свободные электроны, перемещающиеся в проводнике под действием электрического поля, бомбардируют атомы молекул металла, тем самым передавая им собственную энергию, которая переходит в тепловую. Если изъясняться совсем просто: преодолевая материал проводника, электрический ток как бы “трётся”, соударяется электронами о молекулы проводника. Ну а , как известно, любое трение сопровождается нагревом. Следовательно, проводник будет нагреваться пока по нему бежит электрический ток.

Из формулы также следует –  чем выше удельное сопротивление проводника и чем выше сила тока протекающего по нему, тем выше будет нагрев . Например, если последовательно соединить проводник-медь (удельное сопротивление  0,018 Ом·мм²/м) и проводник-алюминий (0,027 Ом·мм²/м), то при протекании через цепь электрического тока алюминий будет нагреваться сильнее чем медь из-за более высокого сопротивления. Поэтому, кстати, не рекомендуется в быту делать скрутки медных и алюминиевых проводов друг с другом – будет неравномерный нагрев в месте скрутки. В итоге –  подгорание с последующим пропаданием контакта.

Опыты Ленца

Перенесемся в 19 век-эпоху накопления знаний и подготовки к технологическому прыжку 20 века. Эпоха, когда по всему миру различные учёные и просто изобретатели-самоучки чуть ли не ежедневно открывают что-то новое, зачастую тратя огромное количество времени на исследования и, при этом, не представляя конечный результат.

Один из таких людей, русский учёный Эмилий Христианович Ленц, увлекался электричеством, на тогдашнем примитивном уровне, пытаясь рассчитывать  электрические цепи. В 1832 году  Эмилий Ленц “застрял” с расчётами, так как параметры его смоделированной цепи “источник энергии – проводник – потребитель энергии” сильно разнились от опыта к опыту. Зимой 1832-1833 года учёный обнаружил, что причиной нестабильности является кусочек платиновой проволоки, принесённый им с холода. Отогревая или охлаждая проводник, Ленц также заметил что  существует некая  зависимость между силой тока, электрическим сопротивлением  и температурой проводника.

При определённых параметрах электрической цепи проводник быстро оттаивал и даже слегка нагревался. Измерительных приборов в те времена практически никаких не существовало – невозможно было точно измерить ни силу тока, ни сопротивление. Но это был русский физик, и он проявил смекалку. Если это зависимость, то почему бы ей не быть обратимой?

Для того чтобы измерить количество тепла, выделяемого проводником, учёный сконструировал простейший “нагреватель” – стеклянная ёмкость, в которой находился  спиртосодержащий раствор и погружённый в него платиновый проводник-спираль. Подавая различные величины электрического тока на проволоку, Ленц замерял время, за которое раствор нагревался до определённой температуры. Источники электрического тока в те времена  были слишком слабы, чтобы разогреть раствор до серьёзной температуры, потому визуально определить количество испарившегося  раствора не представлялось возможным. Из-за этого процесс исследования очень затянулся – тысячи вариантов подбора параметров источника питания, проводника, долгие замеры и последующий анализ.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией».

Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Где может пригодиться этот закон Джоуля-Ленца?

В электротехнике есть понятие длительно допустимого тока протекающего по проводам. Это такой ток, который провод способен выдержать длительное время (то есть, бесконечно долго), без разрушения провода (и изоляции, если она есть, потому что провод может быть и без изоляции). Конечно, данные вы теперь можете взять из ПУЭ (Правила устройства электроустановок), но получали эти данные исключительно на основе закона Джоуля-Ленца.

В электротехнике так же используются плавкие предохранители. Их основное качество – надёжность срабатывания. Для этого используется проводник определенного сечения. Зная температуру плавления такого проводника можно вычислить количество теплоты, которое необходимо, чтобы проводник расплавился от протекания через него больших значений тока, а вычислив ток, можно вычислить и сопротивление, которым такой проводник должен обладать. В общем, как вы уже поняли, применяя закон Джоуля-Ленца можно рассчитать сечение или сопротивление (величины взаимозависимы) проводника для плавкого предохранителя.

А ещё, помните, мы говорили про . Там на примере лампочки я рассказывал парадокс, что более мощная лампа в последовательном соединении светит слабее. И наверняка помните почему: падение напряжения на сопротивлении тем сильнее, чем меньше сопротивление. А поскольку мощность — это , а напряжение очень сильно падает, то и выходит, что большое сопротивление выделит большое количество тепла, то есть, току придется больше потрудиться, чтобы преодолеть большое сопротивление. И количество тепла, которое выделит ток при этом можно посчитать с помощью закона Джоуля-Ленца. Если брать последовательное соединение сопротивлений, то использовать лучше выражение через квадрат тока, то есть, изначальный вид формулы:

А для параллельного соединения сопротивлений, поскольку ток в параллельных ветвях зависит от сопротивления, в то время, как напряжение на каждой параллельной ветви одинаковое, то формулу лучше всего представить через напряжение:

Примерами работы закона Джоуля-Ленца вы все пользуетесь в повседневной жизни – в первую очередь это всевозможные нагревательные приборы. Как правило, в них используется нихромовая проволока и толщина (поперечное сечение) и длина проводника подбираются с учётом того, чтобы длительное тепловое воздействие не приводило к стремительному разрушению проволоки. Точно таким же образом добиваются свечения вольфрамовой нити в лампе накаливания. По этому же закону определяют степень возможного нагрева практически любого электротехнического и электронного устройства.

В общем, несмотря на кажущуюся простоту, закон Джоуля-Ленца играет в нашей жизни очень огромную роль. Этот закон дал большой толчок для теоретических расчётов: выделение тепла токами , вычисление конкретной температуры дуги, проводника и любого другого электропроводного материала, потери электрической мощности в тепловом эквиваленте и т.д.

Вы можете спросить, а как перевести Джоули в Ватты и это довольно частый вопрос в интернете. Хотя вопрос несколько неверный, читая далее, вы поймёте почему. Ответ довольно прост: 1 дж = 0.000278 Ватт*час, в то время, как 1 Ватт*час = 3600 Джоулей. Напомню, что в Ваттах измеряется потребляемая мгновенная мощность, то есть непосредственно используемая пока включена цепь. А Джоуль определяет работу электрического тока, то есть мощность тока за промежуток времени. Помните, в законе Ома я приводил аллегорическую ситуацию. Ток – деньги, напряжение – магазин, сопротивление – чувство меры и денег, мощность – количество продуктов, которые вы сможете на себе унести (увезти) за один раз, а вот как далеко, как быстро и сколько раз вы сможете их увезти – это работа. То есть, сравнить работу и мощность никак не получается, но можно выразить в более понятных нам единицам: Ваттах и часах.

Думаю, что теперь вам не составит труда применить закон Джоуля-Ленца в практике и теории, если таковое потребуется и даже сделать перевод Джоулей в Ватты и наоборот. А благодаря пониманию, что закон Джоуля-Ленца это произведение электрической мощности на время, вы сможете более легко его запомнить и даже, если вдруг забыли основную формулу, то помня всего лишь закон Ома можно снова получить закон Джоуля-Ленца. А я на этом с вами прощаюсь.

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Простые примеры расчета

Бытовая сеть переменного тока

Пример №1. Проверка ТЭНа.

В стиральную машину встроен трубчатый электронагреватель 1,25 кВт на 220 вольт. Требуется проверить его исправность замером сопротивления.По мощности рассчитываем ток и сопротивление.

Проверяем расчет сопротивления калькулятором по току и напряжению. Данные совпали. Можно приступать к электрическим замерам.

Пример №2. Проверка сопротивления двигателя

Допустим, что мы купили моющий пылесос на 1,6 киловатта для уборки помещений. Нас интересует ток его потребления и сопротивление электрического двигателя в рабочем состоянии. Считаем ток:

Вводим в графы калькулятора напряжение 220 вольт и ток 7,3 ампера. Запускаем расчет. Автоматически получим данные:

• сопротивление двигателя — 30,1 Ома;
• мощность 1600 ватт.

Цепи постоянного тока

Рассчитаем сопротивление нити накала галогенной лампочки на 55 ватт, установленной в фаре автомобиля на 12 вольт.

Считаем ток:

Вводим в калькулятор 12 вольт и 4,6 ампера. Он вычисляет:

• сопротивление 2,6 ома.
• мощность 5 ватт.

Здесь обращаю внимание на то, что если замерить сопротивление в холодном состоянии мультиметром, то оно будет значительно ниже. Это свойство металлов позволяет создавать простые и относительно дешевые лампы накаливания без сложной пускорегулирующей аппаратуры, необходимой для светодиодных и люминесцентных светильников

Это свойство металлов позволяет создавать простые и относительно дешевые лампы накаливания без сложной пускорегулирующей аппаратуры, необходимой для светодиодных и люминесцентных светильников.

Другими словами: изменение сопротивления вольфрама при нагреве до раскаленного состояния ограничивает возрастание тока через него. Но в холодном состоянии металла происходит бросок тока. От него нить может перегореть.

Для продления ресурса работы подобных лампочек используют схему постепенной, плавной подачи напряжения от нуля до номинальной величины.

В качестве простых, но надежных устройств для автомобиля часто используется релейная схема ограничения тока, работающая ступенчато.

При включении выключателя SA сопротивление резистора R ограничивает бросок тока через холодную нить накала. Когда же она разогреется, то за счет изменения падения напряжения на лампе HL1 электромагнит с обмоткой реле KL1 поставит свой контакт на удержание.

Он зашунтирует резистор, чем выведет его из работы. Через нить накала станет протекать номинальный ток схемы.

Закон Ома — формула

Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному.  Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

или

или

  Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах.Какой ток протекает через этот резистор?Треугольник напоминает нам, что:
Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В.Какое будет падение напряжения на этом резисторе?Использование треугольника показывает нам, что:Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.

Закон Ома для полной цепи

Подробности

Просмотров: 479

«Физика — 10 класс»

Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Из каких элементов состоит электрическая цепь?
Для чего служит источник тока?

Рассмотрим простейшую полную (т. е. замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением R (рис. 15.10). Источник тока имеет ЭДС Ε и сопротивление r.

В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе сопротивление раствора электролита и электродов.

Сопротивление источника называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления R цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи R + r. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля—Ленца (15.14).

Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд Δq. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда Δq можно записать так: А_ст = ΕΔq. Согласно определению силы тока (15.1) Δq = IΔt. Поэтому

А_ст = ΕIΔt.         (15.17)

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых г и Я, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля—Ленца оно равно:

Q = I2RΔt + I2rΔt.         (15.18)

По закону сохранения энергии А_ст = Q, откуда получаем

Ε = IR + 1r.         (15.19)

Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи:

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи.

Согласно этому закону сила тока в цепи зависит от трёх величин: ЭДС Ε сопротивлений R внешнего и г внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R >> r). При этом напряжение на зажимах источника примерно равно ЭДС: U = IR = Ε — Ir ≈ Ε

При коротком замыкании, когда R ≈ 0, сила тока в цепи и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1 — 0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ε₁, Ε₂, Ε₃ и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.

Для определения знака ЭДС любого источника нужно вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура.
На рисунке (15.11) положительным (произвольно) считают направление обхода против часовой стрелки.

Если при обходе цепи данный источник стремится вызвать ток в направлении обхода, то его ЭДС считается положительной: Ε > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу.

Если же при обходе цепи данный источник вызывает ток против направления обхода цепи, то его ЭДС будет отрицательной: Ε < 0. Сторонние силы внутри источника совершают отрицательную работу. Так, для цепи, изображённой на рисунке 15.11, при обходе контура против часовой стрелки получаем следующее уравнение:

Ε_п = Ε₁ + Ε₂ + Ε₃ = lΕ₁| — |Ε₂| + |Ε₃|

Если Ε_п > 0, то согласно формуле (15. 20) сила тока I > 0, т. е. направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура. При Ε_п < 0, наоборот, направление тока противоположно выбранному направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи R_п равно сумме всех сопротивлений (см. рис. 15.11):

R_п = R + r₁ + r₂ + r₃.

Для любого замкнутого участка цепи, содержащего несколько источников токов, справедливо следующее правило: алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС на этом участке (второе правило Кирхгофа):

I₁R₁+ I₂R₂ + … + I_nR_n = Ε₁ + Ε₂ + … + Ε_m

Следующая страница «Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»»

Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока —
Закон Ома для участка цепи. Сопротивление —
Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников —
Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников» —
Работа и мощность постоянного тока —
Электродвижущая сила —
Закон Ома для полной цепи —
Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»

Классическая формулировка

Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.

Однородный открытый участок электроцепи

Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:

Формула в интегральной форме

То есть, поднимая напряжение, мы тем самым увеличиваем ток. В то время, как увеличение такого параметра, как «R», ведет к снижению «I». Естественно, что на рисунке сопротивление цепи показано одним элементом, хотя это может быть последовательное, параллельное (вплоть до произвольного)соединение нескольких проводников.

В дифференциальной форме закон мы приводить не будем, поскольку в таком виде он применяется, как правило, только в физике.

Опытное определение зависимости силы тока от сопротивления при постоянном напряжении

Для того, чтобы определить зависимость силы тока от сопротивления проводника, мы проведем еще один опыт. Теперь мы будем знать электрическое сопротивление тех проводников, которые будем использовать.

Обратите внимание, что в ходе опыта напряжение на концах используемых проводников должно быть постоянным. Эта величина не должна изменяться, чтобы мы могли корректно оценить зависимость силы тока от сопротивления

Соберем электрическую цепь из источника тока, ключа, амперметра, проводника. К проводнику параллельно подсоединим вольтметр (рисунок 1).

Проводников у нас будет три разных. Они обладают разными сопротивлениями. Мы будем поочередно подключать их в цепь. Каждый раз мы будем фиксировать показания амперметра.

По показаниям вольтметра необходимо следить, чтобы напряжение на концах каждого проводника было одинаковым.

Рисунок 1. Установление зависимости силы тока от сопротивления проводника

{"questions":,"explanations":,"answer":}}}]}

Закон Ома для участка цепи – расчет цепей

Простейший вариант наглядно представлен на рисунке. Это однородный участок цепи открытого типа.

Для его описания применяется известная формула, которая будет иметь следующую форму:

I = U/R, где I является силой тока, U – напряжением, R – сопротивлением.

Данная формула является интегральной. С ее помощью хорошо видно, как при возрастании напряжения, увеличивается и сила тока. Но, если увеличить сопротивление, то сила тока, наоборот, будет понижаться.

На схеме изображен всего один элемент, обладающий сопротивлением. На практике, их может быть любое количество. Они могут соединяться последовательно, параллельно и смешанным способом.

Как найти с помощью формулы напряжение

Людей, интересующихся электричеством и физикой, всегда волнует вопрос, как найти напряжения, если известны другие характеристики. Его можно найти через многие формулы: в соответствии с законом Ома, через работу тока, путём сложения всех напряжений в электрической цепи и практическим способом – с помощью вольтметра. Как вычислить показатель с помощью последнего способа было описано выше.

Важно! В цепях с последовательным соединением общее напряжение – сумма значений каждой нагрузки. При параллельном соединении общее напряжение равно значению каждой лампочки, у которых оно также эквивалентно

Вам это будет интересно WAGO соединители

Измерение напряжения

По каким формулам вычисляется напряжение через работу и сама сила тока, рассказывают на уроках физики, так как эти величины считаются базовыми. Работа тока равна произведению напряжения и заряда: A = U*q. Также, из этой формулы выводится A = U*I*t, так как заряд – произведение силы тока и времени. Из них следует, что U = A/q или U = A/(I*t). Кроме того, одной из основных является формула напряжения, выведенная из закона Ома: U = R/I.

Важно! Определить напряжение можно и через мощность электрического тока. Мощность равна A/t, и, так как A = U*I*t, конечная формула выглядит, как P = (U*I*t)/t

Здесь t сократится, и останется P = U*I, из которой следует, что U = P/I.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин «сопротивление» уже фактически говорит сам за себя ) Итак, сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

• удельного сопротивления проводника \rho
• длины проводника l
• площади поперечного сечения проводника S

Удельное сопротивление — это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление данного проводника выглядит следующим образом:

R = \rho\medspace \frac{l}{S}

Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) — удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:

R =0,0175 \cdot \frac{0.5}{0.2} = 0.04375\medspace Ом

И, как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом. Рассмотрим взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10-19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Памятник Георгу Симону Ому

Сопротивление

. Действительно ли диод следует закону Ома?

Это действительно не черно-белый вопрос, и многие люди будут утверждать, что он не следует «Закону Ома», и в зависимости от того, как вы это аргументируете, они могут быть правы.

Однако на самом деле сопротивление диода изменяется в зависимости от приложенного тока или напряжения. Таким образом, вы не можете просто посмотреть сопротивление диода и использовать «закон Ома», чтобы определить соотношение между напряжением и током по старой доброй формуле V = IR, как вы можете это сделать с резистором. Из этого аргумента ни один диод, а точнее, полупроводник, похоже, не подчиняется закону Ома.

Однако, если у вас есть цепь с диодом, смещенным при напряжении V или с током смещения I, сопротивление диода в этих условиях остается постоянным. То есть формула Ома по-прежнему применяется, когда диод находится в устойчивом состоянии. Если вы пытаетесь рассчитать выходной импеданс вашей схемы в этом состоянии, это важно знать, при этом признавая, что импеданс будет другим, когда схема находится в другом состоянии.

На самом деле, я бы даже сказал, что диод всегда подчиняется формуле Ома. Да V=ИК. Однако в случае диода R следует довольно сложному уравнению, включающему V или I в качестве переменных.0003

То есть для диода

\$V = I.R_D\$ Где
\$R_D = F(I,V)\$
\$V = I.F(I,V)\$

Итак, да, математически он следует формуле Ома, просто не в такой форме, которая вам очень полезна, за исключением очень специфических статических условий.

Для тех, кто утверждает, что «Закон Ома неприменим, если сопротивление непостоянно», я боюсь, что это неверная цитата Максвелла. Намерение Ома заключалось в том, что сопротивление должно быть постоянным во времени при стабильных условиях возбуждения. То есть сопротивление не может измениться самопроизвольно без изменения приложенного напряжения и тока. Правда в том, что ничто не имеет фиксированного сопротивления. Даже ваш скромный резистор на четверть ватта изменит сопротивление при нагревании и старении.

Если вы думаете, что это всего лишь мнение одного человека, вы будете правы, его зовут
Георг Саймон Ом

Скорее всего, вы никогда не читали его работы, а если читали по-немецки, то оригинальную версию. Если вы когда-нибудь это сделаете, и я предупреждаю вас, что на 281 странице устаревшей английской и электрической терминологии это очень трудно читать, вы обнаружите, что он действительно охватывал нелинейные устройства, и поэтому они должны быть включены в законе Ома. На самом деле есть целое Приложение, около 35 страниц, полностью посвященное этой теме. Он даже признает, что там еще есть что обнаружить, и оставляет это открытым для дальнейшего расследования.

Закон Ома гласит.. согласно Максвеллу..

«Электродвижущая сила, действующая между концами любой части цепи, является произведением силы тока и сопротивления этой части цепи».

Это, однако, является лишь частью тезиса Ома и определяется словами Ома утверждением «гальваническая цепь… которая приобрела свое постоянное состояние» , которое определено в статье, и я перефразирую, как любое Элементу, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения, тока или чего-то еще, необходимо дать возможность прийти в сбалансированное состояние. Далее, после любого изменения возбуждения цепи в целом, прежде чем формула начнет действовать, должна произойти перебалансировка. Максвелл, с другой стороны, квалифицировал это так: R не должно меняться с V или I.

Возможно, это не то, чему вас учили в школе, или даже то, что вы слышали, цитировали или читали из многих авторитетных источников, но это от самого Ома. Настоящая проблема заключается в том, что многие люди воспринимают или понимают лишь очень упрощенную интерпретацию тезиса Ома, написанную Максвеллом, которая, возможно, ошибочно распространялась десятилетиями с тех пор, как великий человек фактически выполнил свою работу под названием «Закон Ома».

Что, конечно, оставляет вас с парадоксом.

Дело в том, что Ом просто сформулировал: как только он установится в стабильное состояние, напряжение в цепи будет суммой тока, умноженного на сопротивления частей.

^{смоделируйте эту схему. Схема создана с помощью CircuitLab}

\$E = I.R1 + I.R2 + I.R3\$

Где R3 — сопротивление диода. Таким образом, не имеет значения, является ли R3 диодом или нет. Что конечно правильно. Максвелл, с другой стороны, подразумевает, что, поскольку схема содержит нелинейный элемент, формула неприменима, что, конечно же, неверно.

Итак, полагаем ли мы, что то, что написал Максвелл, было ошибкой чрезмерного упрощения, и придерживаемся того, что на самом деле сказал Ом, или мы отбрасываем то, что на самом деле сказал Ом, и придерживаемся упрощения Максвелла, которое оставляет нелинейные части в стороне?

Если вы считаете, что диод не соответствует вашей ментальной модели закона Ома, то ваша модель закона Ома на самом деле является законом Максвелла. Что-то, что нужно квалифицировать как подмножество тезиса Ома. Если вы считаете, что диод соответствует модели, то вы действительно цитируете тезис Ома.

Как я уже сказал, это не черное и белое. В конце концов, это не имеет большого значения, поскольку ничего не меняет.

Наука — это жизнь: закон Ома

Закон Ома утверждает, что ток в проводнике между двумя точками прямо пропорционален напряжению в двух точках. Вводя константу пропорциональности, сопротивление, ^[1]  приходим к обычному математическому уравнению, описывающему это соотношение: ^[2]

где I  ток через проводник в единицах ампер, В измеренное напряжение через  проводник в единицах вольт, а R  – сопротивление проводника в единицах ом. В частности, закон Ома гласит, что R в этом отношении постоянна и не зависит от тока. ^[3]

Закон был назван в честь немецкого физика Георга Ома, который в трактате, опубликованном в 1827 году, описал измерения приложенного напряжения и тока через простые электрические цепи, содержащие провода различной длины. Он представил немного более сложное уравнение, чем приведенное выше (см. Раздел «История» ниже), чтобы объяснить свои экспериментальные результаты. Приведенное выше уравнение является современной формой закона Ома.

В физике термин закон Ома также используется для обозначения различных обобщений закона, первоначально сформулированного Омом. Самый простой пример:

где Дж — плотность тока в данном месте в резистивном материале, E — электрическое поле, зависящее от материала в этом месте, и σ параметр, называемый проводимостью. Эта переформулировка закона Ома принадлежит Густаву Кирхгофу.

История

Георг Ом

В январе 1781 года, до работы Георга Ома, Генри Кавендиш экспериментировал с лейденскими банками и стеклянными трубками разного диаметра и длины, наполненными раствором соли. Он измерил силу тока, отметив, насколько сильным был удар, когда он замыкал цепь своим телом. Кавендиш писал, что «скорость» (ток) изменяется прямо как «степень электрификации» (напряжение). В то время он не сообщал о своих результатах другим ученым 9 .0046 [5]  и его результаты были неизвестны, пока Максвелл не опубликовал их в 1879 году. ^[6]

Закон Ома в лабораторной книге Георга Ома.

Ом выполнил свою работу по сопротивлению в 1825 и 1826 годах и опубликовал свои результаты в 1827 году в виде книги Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet  («Гальваническая цепь исследована математически»). ^[7]  Он черпал вдохновение из работы Фурье по теплопроводности при теоретическом объяснении своей работы. Для экспериментов он сначала использовал вольтовые батареи, но позже использовал термопару, поскольку это обеспечивало более стабильный источник напряжения с точки зрения внутреннего сопротивления и постоянного напряжения. Он использовал гальванометр для измерения тока и знал, что напряжение между клеммами термопары пропорционально температуре перехода. Затем он добавил тестовые провода разной длины, диаметра и материала, чтобы завершить схему. Он обнаружил, что его данные можно смоделировать с помощью уравнения

где x — показание гальванометра, l — длина испытательного проводника, a  зависела только от константы термопары5 температуры перехода a всей установки, а . Исходя из этого, Ом определил свой закон пропорциональности и опубликовал свои результаты.

Закон Ома был, вероятно, самым важным из первых количественных описаний физики электричества. Сегодня мы считаем это почти очевидным. Когда Ом впервые опубликовал свою работу, это было не так; критики отнеслись к его трактовке предмета в штыки. Его творчество называли «паутиной обнаженных фантазий» 9 .0046 [8]  и министр образования Германии провозгласил, что «профессор, проповедующий такие ереси, недостоин преподавать науку». ^[9]  В Германии в то время господствовала научная философия, утверждавшая, что нет необходимости проводить эксперименты для развития понимания природы, потому что природа так хорошо упорядочена, и что научные истины могут быть выведены только посредством рассуждений. ^[10]  Кроме того, брат Ома Мартин, математик, боролся с немецкой системой образования. Эти факторы препятствовали признанию работы Ома, и его работа не получила широкого признания до 1840-х годов. К счастью, Ом получил признание за свой вклад в науку задолго до своей смерти.

В 1850-х годах закон Ома был известен как таковой и широко считался доказанным, а альтернативы, такие как «закон Барлоу», были дискредитированы с точки зрения реальных приложений к конструкции телеграфной системы, как это обсуждалось Сэмюэлем Ф. Б. Морзе в 1855 году. ^[11]

В то время как старый термин для электрической проводимости, мхо (обратная единица измерения сопротивления Ом), все еще используется, в 1971 году было принято новое название, сименс, в честь Эрнста Вернера фон Сименса. Сименс предпочтительнее в официальных документах.

В 1920-х годах было обнаружено, что ток через практический резистор на самом деле имеет статистические колебания, которые зависят от температуры, даже когда напряжение и сопротивление точно постоянны; это колебание, теперь известное как шум Джонсона-Найквиста, связано с дискретным характером заряда. Этот тепловой эффект означает, что измерения тока и напряжения, которые проводятся в течение достаточно коротких периодов времени, будут давать отношения V/I, которые колеблются от значения R, подразумеваемого средним по времени или средним по ансамблю измеренным током; Закон Ома остается верным для среднего тока в случае обычных резистивных материалов.

Работа Ома задолго до появления уравнений Максвелла и любого понимания частотно-зависимых эффектов в цепях переменного тока. Современные разработки в электромагнитной теории и теории цепей не противоречат закону Ома, когда они оцениваются в соответствующих пределах.

Область применения

Закон Ома – это эмпирический закон, обобщение многих экспериментов, которые показали, что для большинства материалов сила тока примерно пропорциональна электрическому полю. Оно менее фундаментально, чем уравнения Максвелла, и не всегда соблюдается. Любой данный материал разрушается под действием достаточно сильного электрического поля, а некоторые материалы, представляющие интерес для электротехники, являются «неомическими» в слабых полях. ^{[12] [13]}

Закон Ома наблюдался в широком диапазоне масштабов длины. В начале 20 века считалось, что закон Ома не работает в атомном масштабе, но эксперименты не подтвердили это ожидание. По состоянию на 2012 год исследователи продемонстрировали, что закон Ома работает для кремниевых проводов размером от четырех атомов в ширину и одного атома в высоту. ^[14]

Микроскопическое происхождение

Электроны модели Друде (показаны здесь синим цветом) постоянно отскакивают от более тяжелых стационарных ионов кристалла (показаны красным).

Зависимость плотности тока от приложенного электрического поля носит существенно квантово-механический характер; (см. Классическая и квантовая проводимость.) Качественное описание, ведущее к закону Ома, может быть основано на классической механике с использованием модели Друде, разработанной Полом Друде в 1900 году. прыгая между ионами , составляющими структуру материала. Электроны будут ускоряться в направлении, противоположном электрическому полю, за счет среднего электрического поля в месте их нахождения. Однако при каждом столкновении электрон отклоняется в случайном направлении со скоростью, намного превышающей скорость, приобретаемую электрическим полем. Конечным результатом является то, что электроны выбирают зигзагообразный путь из-за столкновений, но обычно дрейфуют в направлении, противоположном электрическому полю.

Затем скорость дрейфа определяет плотность электрического тока и ее связь с E и не зависит от столкновений. Друде рассчитал среднюю скорость дрейфа из столкновения. Поскольку и импульс, и плотность тока пропорциональны скорости дрейфа, плотность тока становится пропорциональной приложенному электрическому полю; это приводит к закону Ома.

Гидравлическая аналогия

 Гидравлическая аналогия иногда используется для описания закона Ома. Давление воды, измеряемое в паскалях (или PSI), является аналогом напряжения, поскольку установление разницы давлений воды между двумя точками вдоль (горизонтальной) трубы заставляет воду течь. Скорость потока воды, например, в литрах в секунду, является аналогом тока, например, в кулонах в секунду. Наконец, ограничители потока, такие как отверстия в трубах между точками, где измеряется давление воды, являются аналогом резисторов. Мы говорим, что скорость потока воды через ограничитель отверстия пропорциональна разности давления воды на ограничителе. Точно так же скорость протекания электрического заряда, то есть электрического тока, через электрический резистор пропорциональна разности напряжений, измеренных на резисторе.

Переменные расхода и давления могут быть рассчитаны в сети потока жидкости с использованием аналогии гидравлического сопротивления. ^{[17] [18]}  Метод можно применять как к стационарным, так и к переходным режимам потока. В области линейного ламинарного течения закон Пуазейля описывает гидравлическое сопротивление трубы, но в области турбулентного течения отношения давление-расход становятся нелинейными.

Гидравлическая аналогия закона Ома использовалась, например, для аппроксимации кровотока в системе кровообращения. ^[19]

Анализ цепи

Треугольник закона Ома. ^[21]  или все три указаны, ^[22]  или получены из пропорциональной формы, ^[23]  или даже иногда могут быть даны только два, которые не соответствуют исходному утверждению Ома. ^{[24] [25]}

Взаимозаменяемость уравнения может быть представлена ​​треугольником, где V (напряжение) помещено в верхнюю часть, I (ток) помещено в левую часть, а R (сопротивление) находится справа. Линия, разделяющая левую и правую части, указывает на умножение, а разделитель между верхней и нижней частями указывает на деление (отсюда и черта деления).

Резистивные цепи

Резисторы — это элементы цепи, препятствующие прохождению электрического заряда в соответствии с законом Ома, и рассчитанные на определенное значение сопротивления Р . На принципиальной схеме резистор показан зигзагообразным символом. Элемент (резистор или проводник), который ведет себя в соответствии с законом Ома в некотором рабочем диапазоне, называется омическим устройством (или омическим резистором ), потому что закона Ома и одного значения сопротивления достаточно, чтобы описать поведение устройство в этом диапазоне.

Закон Ома выполняется для цепей, содержащих только резистивные элементы (без емкостей или индуктивностей) для всех форм управляющего напряжения или тока, независимо от того, является ли управляющее напряжение или ток постоянным (постоянным) или изменяющимся во времени, например переменным. В любой момент времени для таких цепей справедлив закон Ома.

Резисторы серии или параллельно могут быть сгруппированы вместе в одно «эквивалентное сопротивление» для применения закона Ома при анализе цепи.

Реактивные цепи с изменяющимися во времени сигналами

Когда реактивные элементы, такие как конденсаторы, катушки индуктивности или линии передачи, включены в цепь, к которой приложено переменное или изменяющееся во времени напряжение или ток, соотношение между напряжением и током становится решением задачи. дифференциальное уравнение, поэтому закон Ома (как определено выше) не применяется напрямую, поскольку эта форма содержит только сопротивления, имеющие значение R, а не комплексные импедансы, которые могут содержать емкость («C») или индуктивность («L»).

Уравнения для постоянных во времени цепей переменного тока имеют ту же форму, что и закон Ома. Однако переменные обобщаются до комплексных чисел, а формы сигналов тока и напряжения представляют собой комплексные экспоненты. ^[26]

При таком подходе кривая напряжения или тока принимает форму, где t  – время,  s  – комплексный параметр, а  A  – комплексный скаляр. В любой линейной стационарной системе все токи и напряжения могут быть выражены одними и теми же s  параметр в качестве входных данных для системы, позволяющий компенсировать изменяющийся во времени комплексный экспоненциальный член и описать систему алгебраически в терминах комплексных скаляров в формах сигналов тока и напряжения.

Комплексным обобщением сопротивления является импеданс, обычно обозначаемый Z ; можно показать, что для катушки индуктивности

и для конденсатора

Теперь мы можем записать

, где В и I — комплексные скаляры напряжения и тока соответственно, а Z — комплексное сопротивление.

Эта форма закона Ома, где Z заменяет R , обобщает более простую форму. Когда Z сложный, только действительная часть отвечает за рассеивание тепла.

В общей цепи переменного тока Z сильно зависит от параметра частоты s , а также соотношение между напряжением и током.

Для общего случая устойчивой синусоиды параметр s принимается равным, соответствующему комплексной синусоиде. Действительные части таких сложных сигналов тока и напряжения описывают фактические синусоидальные токи и напряжения в цепи, которые могут находиться в разных фазах из-за разных комплексных скаляров.

Линейные приближения

Закон Ома — одно из основных уравнений, используемых при анализе электрических цепей. Это относится как к металлическим проводникам, так и к компонентам схемы (резисторам), специально предназначенным для такого поведения. Оба широко распространены в электротехнике. Материалы и компоненты, подчиняющиеся закону Ома, называются «омическими» ^[27]  , что означает, что они обеспечивают одинаковое значение сопротивления (R = V/I) независимо от значения V или I, которое применяется, и от того, является ли приложенное напряжение или ток постоянным (постоянным током) положительного или отрицательного полярность или AC (переменный ток).

В истинно омическом устройстве одно и то же значение сопротивления будет рассчитываться из R = V/I независимо от значения приложенного напряжения V. То есть отношение V/I является постоянным, и когда ток изображается как функция напряжения кривая linear  (прямая). Если напряжение форсируется до некоторого значения V, то это напряжение V, деленное на измеренный ток I, будет равно R. Или, если ток форсируется до некоторого значения I, то измеренное напряжение V, деленное на этот ток I, также равно R. Поскольку график зависимости I от V является прямой линией, то также верно, что для любого набора двух различных напряжений V ₁  и V ₂  , приложенных к данному устройству с сопротивлением R, производящих токи I ₁  = V ₁ /Р и я ₂  = V ₂ /R, что отношение (V ₁ -V ₂ )/(I ₁ -I ₂ ) также является константой, равной R. Оператор «дельта» (Δ) используется для представления разницы в количестве, поэтому мы можем записать ΔV = V ₁ -V ₂ и ΔI = I ₁ -I ₂ . Подводя итог, для любого действительно омического устройства, имеющего сопротивление R, V/I = ΔV/ΔI = R для любого приложенного напряжения или тока или для разности между любым набором приложенных напряжений или токов.

ВАХ четырех устройств: два резистора, диод и батарея. Два резистора подчиняются закону Ома: график представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Два других устройства , а не следуют закону Ома.

Однако существуют компоненты электрических цепей, не подчиняющиеся закону Ома; то есть их связь между током и напряжением (их ВАХ) является нелинейной (или неомической). Примером может служить диод с p-n переходом (кривая справа). Как видно из рисунка, ток не увеличивается линейно с приложенным напряжением для диода. Значение тока (I) для данного значения приложенного напряжения (V) можно определить по кривой, но не по закону Ома, поскольку значение «сопротивления» не является постоянным в зависимости от приложенного напряжения. Кроме того, ток значительно увеличивается только в том случае, если приложенное напряжение положительное, а не отрицательное. Соотношение V / I  на нелинейной кривой иногда называют статической , или хордовой , или постоянным током, сопротивлением, ^{[28] [29]} , но, как видно на рисунке, значение от всего V от общего количества I варьируется в зависимости от конкретной точки на выбранной нелинейной кривой. Это означает, что «сопротивление постоянному току» V/I в некоторой точке кривой не совпадает с тем, что можно было бы определить, подав сигнал переменного тока с пиковой амплитудой ΔV вольт или ΔI ампер с центром в той же точке на кривой и измерив ΔV/ ΔI. Однако в некоторых приложениях с диодами сигнал переменного тока, подаваемый на устройство, мал, и можно анализировать цепь с точки зрения динамический , малосигнальный или инкрементный  сопротивление, определяемое как сопротивление по наклону кривой V–I при среднем значении (рабочая точка постоянного тока) напряжения (то есть на единицу по производной от ток по отношению к напряжению). Для достаточно слабых сигналов динамическое сопротивление позволяет рассчитать сопротивление слабого сигнала по закону Ома примерно как единицу по наклону линии, проведенной по касательной к кривой ВАХ в рабочей точке постоянного тока. ^[30]

Температурные эффекты

Закон Ома иногда формулируют так: «Для проводника в данном состоянии электродвижущая сила пропорциональна производимому току». То есть сопротивление, отношение приложенной электродвижущей силы (или напряжения) к току «не зависит от силы тока». Спецификатор «в данном состоянии» обычно интерпретируется как означающий «при постоянной температуре», поскольку удельное сопротивление материалов обычно зависит от температуры. Поскольку проводимость тока связана с джоулевым нагревом проводящего тела, согласно первому закону Джоуля температура проводящего тела может измениться, когда по нему течет ток. Таким образом, зависимость сопротивления от температуры делает сопротивление зависимым от тока в типичной экспериментальной установке, что затрудняет непосредственную проверку закона в такой форме. Максвелл и другие разработали несколько методов экспериментальной проверки закона в 1876 году, контролируя эффекты нагрева. ^[31]

Отношение к теплопроводности

Принцип Ома предсказывает поток электрического заряда (т. е. тока) в электрических проводниках, когда они подвергаются влиянию разности напряжений; Принцип Жана-Батиста-Жозефа Фурье предсказывает поток тепла в теплопроводниках, подвергающихся влиянию температурных перепадов.

Одно и то же уравнение описывает оба явления, переменные уравнения принимают разные значения в двух случаях. В частности, решение задачи теплопроводности (Фурье) с переменные температура  (движущая «сила») и поток тепла (скорость потока приводимой «величины», то есть тепловой энергии) также решают аналогичную задачу электропроводности (Ом), имея  электрический движущая «сила») и электрический ток  (скорость потока ведомой «величины», т. е. заряда) переменные.

Основой работы Фурье была его четкая концепция и определение теплопроводности. Он предполагал, что при прочих равных условиях поток тепла строго пропорционален градиенту температуры. Хотя, несомненно, это верно для малых температурных градиентов, строго пропорциональное поведение будет утрачено, когда реальные материалы (например, те, теплопроводность которых зависит от температуры) подвергаются большим температурным градиентам.

Аналогичное допущение делается в формулировке закона Ома: при прочих равных условиях сила тока в каждой точке пропорциональна градиенту электрического потенциала. Точность предположения о том, что поток пропорционален градиенту, легче проверить с использованием современных методов измерения для электрического случая, чем для теплового случая.

Другие версии

Закон Ома в приведенной выше форме представляет собой чрезвычайно полезное уравнение в области электротехники/электроники, поскольку оно описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением на «макроскопическом» уровне, то есть, как правило, как цепь. элементы в электрической цепи. Физики, которые изучают электрические свойства материи на микроскопическом уровне, используют тесно связанное и более общее векторное уравнение, иногда также называемое законом Ома, с переменными, которые тесно связаны со скалярными переменными V, I и R закона Ома. но каждая из которых является функцией положения внутри проводника. Физики часто используют эту непрерывную форму закона Ома: ^[32]

где « E » – вектор электрического поля в единицах вольт на метр (аналогично «V» закона Ома, который измеряется в вольтах), « Дж » – вектор плотности тока в единицах ампер на единицу площади. (аналогично «I» закона Ома, который измеряется в амперах), а «ρ» (греч. «rho») – удельное сопротивление, выраженное в ом·метрах (аналогично «R» закона Ома, который измеряется в омах). . Приведенное выше уравнение иногда записывается ^[33]  как J  = E  где «σ» (греч. «сигма») – это проводимость, которая является обратной величиной ρ.

Ток, протекающий по однородному цилиндрическому проводнику (например, круглому проводу) с приложенным однородным полем.

Напряжение между двумя точками определяется как: ^[34]

с элементом пути по интегрированию вектора электрического поля E . Если приложенное поле E однородно и ориентировано по длине проводника, как показано на рисунке, то определение напряжения V в обычном соглашении о том, что оно противоположно по направлению к полю (см. рисунок), и с учетом того, что напряжение V измеряется дифференциально по длине проводника, что позволяет нам опустить символ Δ, приведенное выше векторное уравнение сводится к скалярному уравнению:

Поскольку поле E однородно в направлении длины провода, то для проводника, имеющего однородно постоянное удельное сопротивление ρ, плотность тока Дж также будет однородна в любой площади поперечного сечения и ориентирована в направление длины провода, поэтому мы можем написать: ^[35]

. 0003

Электрическое сопротивление однородного проводника дается с точки зрения удельного сопротивления: ^[35]

, где л — длина дирижа. — площадь поперечного сечения (для круглого провода a = πr ² , если r — радиус) в квадратных метрах, а ρ — удельное сопротивление в ом·метрах.

После замены R  из приведенного выше уравнения в предшествующее ему уравнение, континуальная форма закона Ома для однородного поля (и однородной плотности тока), ориентированная по длине проводника, сводится к более знакомой форме:

A совершенная кристаллическая решетка с достаточно низким тепловым движением и без отклонений от периодической структуры не имела бы удельного сопротивления, ^[36] , но реальный металл имеет кристаллографические дефекты, примеси, множественные изотопы и тепловое движение атомов. Электроны рассеиваются от всего этого, что приводит к сопротивлению их потоку.

Более сложные обобщенные формы закона Ома важны для физики конденсированного состояния, изучающей свойства материи и, в частности, ее электронную структуру. В широком смысле они относятся к теме определяющих уравнений и теории транспортных коэффициентов.

Магнитные эффекты

Если внешнее B -поле присутствует и проводник не покоится, а движется со скоростью v , то необходимо добавить дополнительный член для учета тока, индуцируемого силой Лоренца на носителях заряда.

В системе покоя движущегося проводника этот член выпадает, так как v = 0. Противоречия нет, так как электрическое поле в системе покоя отличается от поля E в лабораторной системе: E  ‘ =  E  +  v × B . Электрические и магнитные поля относительны, см. Преобразование Лоренца.

Если ток Дж переменный из-за изменения приложенного напряжения или поля E во времени, то реактивное сопротивление необходимо добавить к сопротивлению, чтобы учесть самоиндукцию, см. электрический импеданс. Реактивное сопротивление может быть сильным, если частота высока или проводник скручен.

Проводящие жидкости

В проводящей жидкости, такой как плазма, наблюдается аналогичный эффект. Рассмотрим жидкость, движущуюся со скоростью в магнитном поле. Относительное движение индуцирует электрическое поле, которое оказывает электрическое воздействие на заряженные частицы, вызывая электрический ток. Уравнение движения электронного газа с числовой плотностью записывается как

. где ,  и  являются зарядом, массой и скоростью электронов соответственно. Кроме того, это частота столкновений электронов с ионами, которые имеют поле скоростей. Поскольку масса электрона очень мала по сравнению с массой ионов, мы можем игнорировать левую часть приведенного выше уравнения и записать

где мы воспользовались определением плотности тока, а также поставили, что является электропроводностью. Это уравнение также можно записать как

. где — удельное электрическое сопротивление. Также принято писать  вместо  , что может сбивать с толку, поскольку это то же самое обозначение, которое используется для магнитной диффузии, определяемой как .

Проект по физике для 12 класса: 50 лучших идей и экспериментов

Физика — увлекательный предмет, изучающий законы природы и элементы Вселенной, включая свет, материю, энергию, силу и т. д. Важная отрасль науки, предмет работает по принципу наблюдения и экспериментирования. С самого начала преподаются понятия физики, но только в старших классах средней школы физике посвящена отдельная книга и она преподается как отдельный предмет. CBSE Главы физики 12 класса охватывают широкий круг понятий, которые укрепляют понимание учащимся предмета. Но так как предмет ориентирован на практику, он требует практической работы и проектной работы в конце курса. Если вы ищете проект по физике для 12 класса, то ниже приведены некоторые из проектов, которые вы можете рассмотреть.

Этот блог включает в себя:

1. Популярный проект по физике для 12 класса
   1. Электромобиль
   2. Электродвигательный двигатель
   3. Как создать визуальный допплеров
   4. Плавушка 101
   5. Теплопередача в лампе накаливания
   6. Изоляционная стоимость
   7. Наблюдение за газом в инфракрасном спектре
   8. Наблюдение за газом в инфракрасном спектре
   9. . Использование и воздействие переработанных материалов для теплоизоляции
   10. Гидроэнергетика
   11. Сравнение соленой и водопроводной воды
2. Исследовательский проект Класс 12 Физика Предложения CBSE
3. Список 50 проектов по физике для 12 класса
4. Проекты по физике по электромагнитной индукции и переменным токам
5. Проекты по физике по току электричества
6. Проекты по физике по электростатике
7. Проекты по физике по магнитному действию тока и магнетизму
8. Проекты по физике по оптике
9. Проекты по физике колебаний и волн
10. Современные темы по физике для проекта

Популярный проект по физике для 12 класса

Поскольку в 12 классе вам не нужно делать высокотехнологичные проекты, простые и легкие проекты займут меньше времени и их будет легче объяснить. Электромобили и электродвигатели — два наиболее распространенных проекта. Ниже приведены подробности о них:

Электромобиль

Создание электромобиля для проекта по физике для 12-го класса выделит вас среди одноклассников. Его легко сделать и интересно посмотреть, как он работает, что делает его идеальным вариантом для проекта. Электромобиль работает по простому принципу: передача усилия от двигателя к колесу осуществляется через две шестерни, а резиновые ленты действуют как ремень. Вы сможете изучить различные концепции физики, такие как аэродинамика, преобразование энергии и электрические цепи, помимо дизайна, во время работы над проектом.

Необходимые материалы: Пластиковая панель для шасси автомобиля; 4 колеса; 4 кольца для шин; Держатель батареи; Батарея; Крепление двигателя; Электродвигатель; Резинки; шкив трансмиссии; Винты; Скрепки; Солома.

Вы также можете сделать проект для 12 класса по физике «Выпуклое зеркало и линза»!

Электродвигатель

Электродвигатель — один из самых распространенных и базовых проектов, которые только можно придумать. Хотя концепции, связанные с двигателем, сложны, сделать электродвигатель относительно легко. Имея всего лишь катушку с проволокой, магнит и источник питания, это предпочтительный выбор для вашего проекта по физике для класса 12, если у вас мало времени.

Необходимые материалы: изолированный провод; Батарея; Маленький круглый магнит; электрическая лента; Глина для моделирования; 2 металлические швейные иглы; Нож.

Прочтите наш блог о физике тока для 12 класса, чтобы получить больше идей о программе по физике для 12 класса!

Как создать визуальный допплер

Цель: Следующий эксперимент проводится для проверки того, что происходит со звуковыми волнами, путем создания визуальной модели того, что происходит, когда мимо проезжает транспортное средство.

Теория: Объяснение эффекта Доплера заключается в том, что каждый последующий гребень волны создается из положения, расположенного ближе к наблюдателю, чем гребень предыдущей волны, поскольку источник волн направляется к наблюдателю. Этот проект создает визуальную симуляцию того, что происходит со звуковыми волнами, чтобы они звучали совершенно иначе, когда автомобиль приближается, чем когда он выходит.

Требования: Линейка, ножницы, скотч, игрушечная машинка, два листа цветной плотной бумаги, немного обычной бумаги и маркер или фотоаппарат.

Откройте для себя

Плавучесть 101

Цель: Следующий эксперимент должен проверить и определить, приведет ли увеличение плотности воды к тому, чтобы корпус лодки погрузился глубже в воду до наблюдаемой степени, когда ее температура повышается с 5°C до 95 градусов C.

Теория:  Это показало, что повышение температуры воды позволяет молекулам воды двигаться дальше, уменьшая подъемную силу, в свою очередь, и вызывая вытеснение большего количества воды плавающей массой по мере уменьшения ее плавучести. Если молекулы воды распространяются наружу из-за высокой температуры, значительное повышение температуры воды может привести к заметной разнице в поверхности воды или даже небольшому значению с плавающей запятой 9.0003

Требования: 10 одинаковых моделей лодок из стирола, 128 граммов стали и цифровой термометр

Теплопередача в лампе накаливания

Цель: Сколько электроэнергии теряется в лампе накаливания за счет термоэлектронной эмиссии нити накала? Если эти повреждения велики, то за счет их устранения можно существенно повысить эксплуатационные характеристики ламп накаливания.

Теория: Выходная мощность может быть разложена на элементы термоэлектронной эмиссии и теплового излучения с использованием электричества, температуры нити накала и температуры окружающей среды. Проводимость последовательно зависит от температуры нити (закон Фурье), но экспозиция пропорциональна четвертой степени температуры нити (закон Стефана-Больцмана).

Требования: 25-ваттная вакуумная лампочка, программируемый источник питания, два высокоточных цифровых счетчика и точный цифровой термометр.

Значение изоляции

Цель: Эксперимент состоит в том, чтобы приравнять изоляцию из соломы к традиционным формам изоляции, которые широко используются сегодня в виде панелей из стекловолокна и жесткого пенопласта.

Теория:  Наиболее важным элементом энергоэффективного строительства является адекватная изоляция. Утеплитель сохранит тепло внутри в холодные дни. Изоляция будет задерживать солнце на открытом воздухе в жаркие дни. Теплоизоляционные материалы — это конструкции, которые предотвращают передачу тепла из дома внутрь и наружу. Для утепления стен, полов и труб могут использоваться различные материалы.

Требования: Динамики, изоляция и цифровой термометр

Наблюдения за газом в инфракрасном спектре

Цель: Этот проект был направлен на исследование влияния химических свойств газа на его способность обрабатывать и передавать инфракрасное излучение это передача инфракрасного света. Основная цель состояла в том, чтобы замаскировать пропускающий газовый нагревательный элемент.

Теория:  Молекулярная структура газа, которая конкретно влияет на коэффициент пропускания в инфракрасном спектре, подтверждается данными, полученными в обеих формах ЭСТ. Воздух имеет зоны с высоким поглощением, допуская области с низким коэффициентом пропускания, которые вызывают некоторые препятствия в инфракрасном диапазоне. спектр.

Требования: Труба из ПВХ, спектрорадиометр, инфракрасная камера 8-12 микрон с цифровыми изображениями, черное тело и газы.

Marvelous Magnetics

Цель: Целью этого эксперимента было выяснить, как диамагнетизм может влиять на левитацию с использованием графита, бумаги, пластика, алюминиевой фольги или без какого-либо вещества.

Теория: IНасчет того, сколько искусственных объектов сегодня используют магнетизм или даже диамагнетизм, это исследование может даже взаимодействовать с Землей. Например, самый быстрый поезд в мире находится в Японии и работает на магнетизме.

Требования: Подставка для левитации, графит, регулировочный винт, бумага, алюминиевая фольга и пластик вместо графита.

Цвета длинной и короткой волны

Цель: Цель проекта состоит в том, чтобы дома были окрашены как в сплошные цвета (красный, синий, зеленый и оранжевый), так и в смешанные цвета (красный/синий и зеленый/ оранжевый), в рамках этого проекта изучалась внутренняя и внешняя температура домов и степень их теплоизоляции.

Теория: Данные показали, что порядок показаний внутренней температуры от максимальной к самой низкой соответствует длинам волн цвета от самых длинных до самых коротких. Комбинированные цветовые дома в целом оказались между своими стабильными аналогами. Данные о внешней температуре показывают, что самым теплым был зеленый/оранжевый дом, за которым следуют красный, красно-синий, серый, синий, оранжевый и контрольный. Самый высокий уровень изоляции, за которым следуют зеленый, зеленый/оранжевый, красный/синий, красный, оранжевый и контрольный, был получен в синем доме.

Требования: масляные краски, диспетчерская, выкрашенная в белый цвет, цифровые и инфракрасные термометры.

Использование и влияние переработанных материалов для теплоизоляции

Цель: Стекловолокно, сосновая стружка, полистирол, полиуретан, целлюлоза, перлит, полиэтиленовая пленка или пузырчатая пленка, где цель этого эксперимента — определить, какой процесс переработки будет эффективным электроизолятором.

Теория: Это может быть активом летом, но даже зимой будет потрачено время на отопление дома. Кроме того, для охлаждения стекловолокна требовалось немного больше времени, чем для других материалов, а для его нагрева в среднем требовалось всего около 12 минут. Поскольку стекловолокно легко нагревалось, а также улавливало тепло для экономии энергии, стекловолокно было, безусловно, самым мощным изолятором.

Требования: ДСП, цифровой термометр, лампочка и картонные коробки.

Гидроэнергетика

Цель: Этот следующий проект проводится, чтобы узнать о силе воды из первых рук.

Теория: У подножия плотин гидроэлектростанции спроектированы таким образом, чтобы использовать более высокое давление воды на краю плотины. Избыток воды направляется в трубу, называемую водоводом, в плотину. Затем вода концентрируется на лопастях турбины. Давление воды преобразует двигатель, а электрогенератор крутит турбину.

Требования: Полгаллонная бумажная коробка из-под молока, галлон воды, шило или 10-дюймовый гвоздь, малярный скотч, линейка, волшебный маркер, ножницы, блокнот и карандаш для заметок

Соленая вода и водопроводная вода

Цель: Этот эксперимент будет посвящен магнитам и воде. Поскольку вода диамагнетична, я использовал магниты для переноса воды, что означает, что она движется дальше от магнитов и электромагнитов. Лоток для печенья с магнитами, равномерно распределенными по его внутренней окружности.

Теория: Тот, кто изучает воду, является гидрологом . Изучение динамики электропроводящих жидкостей называется магнитогидродинамикой (сокращенно МГД). Одним из них является соленая вода. Вы могли бы левитировать лягушку, если бы у вас был достаточно мощный магнит. Диамагнетики и парамагнетики также являются соединениями. Кроме того, это могут быть те данные, которые мне нужны. Чтобы увидеть, течет вода или нет, мне пришлось бы использовать резиновые утята или пищевой краситель

Требования: Резина, магниты, форма для пирога с ангельской едой, пищевой краситель, таймер и лента.

Исследовательский проект по физике для 12-го класса, предложения CBSE

Список из 50 проектов по физике для 12-го класса

Помимо мотора и электромобиля, есть несколько других концепций, на которых вы можете основывать свой проект. В зависимости от времени и доступных ресурсов, вы можете выбрать проект по вашему выбору. Ниже в таблице приведены некоторые идеи для проекта по физике для 12-го класса:

С.№.	Тема проекта по физике
1.	Как создать визуальный допплер
2.	Плавучесть 101
3.	Теплопередача в лампе накаливания
4.	Значение изоляции
5.	Наблюдения газа в инфракрасном спектре
6.	Чудесный магнетик
7.	Длинно- и коротковолновые цвета
8.	Использование и влияние переработанных материалов для теплоизоляции
9.	Гидроэнергетика
10.	Соленая вода против водопроводной воды
11.	Закон Гука
12.	Доказательство всемирного тяготения путем искривления пространства-времени
13.	Третий закон движения Ньютона
14.	Сравнение теплопроводности различных металлов
15.	Медные духовые инструменты и искусственные губы
16.	Анализ термодинамики черных дыр
17.	Чудесный магнетик
18.	Измерение истинного времени полудня
19.	Измерение скорости света
20.	Тепловое излучение черного тела
21.	Изменение скорости света
22.	Хемилюминесценция
23.	Цвет по сравнению с поглощением тепла
24.	Генератор переменного тока
25.	Автоматический шлагбаум для электропоездов
26.	Светозависимое сопротивление
27.	Выпрямитель
28.	Фотоэлектрические эффекты
29.	Влияние натяжения на высоту тона струны
30.	Влияние давления на высоту отскока мяча
31.	Влияние массы на конечную скорость
32.	Влияние массы на конечную скорость
33.	Влияние давления на скорость воды
34.	Толщина пены и звукопоглощение
35.	Насколько точен параллакс
36.	Влияние различных цветовых фильтров на энергию лазерного луча
37.	Нейрональная нелинейная динамика
38.	Влияние плотности сахара на показатель преломления воды
39.	Нелинейные колебания в механических системах
40.	Как ведут себя газы в инфракрасном спектре

41.	Проверка закона Архимеда
42.	Прятаться у всех на виду
43.	Теплопередача в лампе накаливания
44.	Отражение и преломление света от жидкостей
45.	Значение изоляции
46.	Кинетическая энергия
47.	Принцип минимальной работы Мюррея
48.	Длинно- и коротковолновые цвета
49.	Живой цвет
50.	Магнитная сила

Проекты по физике электромагнитной индукции и переменных токов

• Изучение идеи двухполупериодного мостового выпрямителя и идеи самоиндукции катушки
• Исследование собственной концепции трансформатора
• Для исследования и измерения силы переменного тока
• Исследование преобразователя переменного тока в постоянный (двухполупериодный выпрямитель)
• Для исследования магнитной индукции в генераторе переменного тока
• Чтобы проверить, как входное и выходное напряжение соотносятся друг с другом
• Проект по физике для 12 класса: исследование касательного гальванометра
• Схема с использованием четырех диодов для двухполупериодного выпрямления преобразует переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение и используется для изучения многих факторов, влияющих на внутреннее сопротивление или ЭДС.

Физические проекты по току электричества

• Чтобы узнать о сопротивлении и законе Ома
• Для определения постоянной времени RC-цепи
• Исследовать идею изменения электрического сопротивления
• Будущее электричества: исследование беспроводной энергии
• Исследование и открытие новых методов производства электроэнергии
• Для исследования параллельных и последовательных комбинаций резисторов
• Изучение работы схемы моста Уитстона и ее использование
• Исследование изменения течения с помощью LDR: проекты по физике для 12-го класса
• Для исследования влияния различных температур на удельное сопротивление изоляторов
• Чтобы определить, как следующие факторы влияют на внутреннее сопротивление лавинного элемента 

• Чтобы исследовать, как ряд конденсаторов заряжается и разряжается
• Исследование и создание светодиодной схемы хранения конденсаторов
• Исследование и создание схемы генератора заряда конденсатора для исследования электрического дипольного момента: темы проекта по физике
• Узнать о законе сил Кулона в двух точках
• Исследование электрического поля и принципа суперпозиции
• Исследовать крутящий момент диполя в постоянном электрическом поле
• Для исследования диэлектрических материалов для передовых приложений
• Проект для 12 класса физики: иллюстрировать работу электролитического конденсатора при его зарядке и разрядке с помощью звукового генератора
• Для проверки и сравнения двух конденсаторов при последовательном и параллельном подключении

Физические проекты по магнитным эффектам тока и магнетизма

• Исследование влияния приложенного напряжения и магнитного поля
• Исследование стержневого магнита в качестве сравнительного соленоида
• Для исследований с использованием магнитной левитации в лифтах
• Физический исследовательский проект гальванометра с подвижной катушкой для изучения силы магнитного поля на проводнике с током Физический эксперимент с гальванометром в вольтметр
• Чтобы исследовать крутящий момент, который испытывает токовая петля в постоянном магнитном поле.
• Проекты по физике для 12 класса: «Изучение магнитных свойств материалов»
• Изучить магнитную силу между двумя параллельными проводниками с током, экспериментируя с окружающими их силовыми линиями магнитного поля.

Физические проекты по оптике

• Как расстояние влияет на интенсивность света?
• Изучение влияния искривления пространства-времени
• Изменение скорости света: исследование и анализ
• Чтобы изучить идею отражения в вогнутом зеркале, есть ли больше космических лучей на больших высотах?
• Исследование реконструкции ливневой решетки космических лучей Исследование преломления света в прямоугольной стеклянной пластине
• Исследование и наблюдение газа в инфракрасном спектре для демонстрации явления полного внутреннего отражения

Физические проекты по Колебания и волны

• Для исследования законов отражения звука
• Использование звука для измерения температуры
• Для исследования и расчета плотности твердых тел
• Для расчета скорости звука при комнатной температуре
• Для измерения скорости звука при комнатной температуре и изучения эффекта Доплера и волоконного гироскопа
• Исследование и проверка затухания звука в различных газах
• Для исследования нелинейных колебаний механических систем
• Чтобы узнать разницу между продольными и поперечными волнами, были изучены и проанализированы частоты голоса этнических групп.