Ко Дню рождения Георга Ома
Ему пришлось бросить университет, он долго не мог найти работу, его не признавали коллеги-учёные, свои исследования он проводил на собственные деньги — сложно поверить, но именно такая судьба постигла знаменитого немецкого физика Георга Ома, именем которого назван один из фундаментальных законов физики — закон Ома (определяющий связь электродвижущей силы источника с силой тока, протекающего в проводнике и сопротивлением проводника), тот самый, который знает любой восьмиклассник.
Вот уже почти 200 лет его используют для расчётов во всех отраслях электротехники. Именно благодаря закону Ома мы можем использовать себе во благо такое сложное и непокорное природное явление, как электричество.
Осознать революционность и важность закона Ома для физики в частности и мира в целом, а также найти увлекательные задачи, видео и лабораторные работы по теме поможет тематическая подборка материалов МЭШ, подготовленная специалистами ИСМиТО МГПУ ко дню рождения Георга Ома.
Электричество — одно из самых интересных, загадочных и одновременно пугающих явлений, которое интересовало человечество с древних времён. Тогда люди видели его только в форме молний, появление которых они чаще всего объясняли гневом языческих богов. Сегодня природа электричества нам понятна, однако от этого оно не стало менее опасным. Поэтому, прежде чем проводить эксперименты и опыты с этим явлением, необходимо изучить правила безопасности. Поможет в этом сценарий метапредметного урока по физике, ОБЖ и английскому языку «Тепловое действие тока. Короткое замыкание». Занятие начнётся с выпуска детского юмористического сериала «Ералаш», а продолжится на родном языке английского физика Джеймса Джоуля, после чего опираясь на закон дети ответят на вопрос: «Когда и почему наступает короткое замыкание?»
ВидеоурокиВидеоурок «Измерение сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра» перенесёт школьников в лабораторию и покажет им, как научным путём и при помощи профессиональной техники провести лабораторную работу по измерению сопротивления проводника с помощью вольтметра и амперметра.
Видеоурок от «Московского образовательного» телеканала «Закон Ома для полной цепи. Решение экспериментальной задачи» представит одну задачу по физике и два подхода к её решению, а также поможет проверить правильность теоретических рассуждений при помощи реального и виртуального экспериментов. И хотя это занятие предназначено для старшеклассников, восьмиклассники, только изучившие закон Ома, тоже найдут в нём много интересного.
Электронное учебное пособиеКак самостоятельно собрать электрическую цепь, подскажет учебное пособие «Общий физический практикум. Электродинамика-1». При помощи него старшеклассники не только убедятся в объективности известных физических законов и обучатся работе с приборами, но ещё и овладеют навыками грамотной обработки результатов измерений. Практически проверяя физическую сущность закона Ома для участка цепи, обучающиеся смогут приобрести умение собирать электрические цепи, а также научатся определять сопротивления резисторов и материалы, из которых они изготавливаются.
Освежить знания, проверить, насколько хорошо вы помните закон Ома и программу средней школы, поможет приложение «Тест „Закон Ома для участка цепи“». Чтобы успешно выполнить задания, нужно знать формулы и уметь применять их, а также выполнять тематические задания, в том числе с использованием графиков. Приложения «Закон Ома для участка цепи» и «Законы постоянного тока» также помогут оценить умения решать качественные и расчётные задачи по теме.
Короткое замыкание чрезвычайно опасно и может вызвать пожар. Избежать беды поможет как раз знание закона Ома. Приложение «Закон Ома для полной цепи. Короткое замыкание» предлагает рассчитать, какие параметры должны быть у электрической цепи и электроприборов, чтобы их использование не вызвало короткого замыкания, было безопасным и комфортным.
Школьники могут помнить закон Ома, но знают ли они, как выглядел человек его открывший? Смогут ли они отличить Георга Ома от других выдающихся учёных: Исаака Ньютона, Альберта Эйнштейна, Майкла Фарадея? Проверить себя ребята могут при помощи приложения «Портреты учёных-физиков».
Виртуальная лаборатория по физике — это инструмент, который всегда под рукой, благодаря ему отсутствие каких-либо измерительных приборов больше не является не является поводом для того, чтобы не проводить эксперименты. Собрать цифровую электрическую цепь в соответствии с поставленной задачей, провести исследование по собственному замыслу — всё это можно сделать в лаборатории «Электродинамика». Оказавшись в ней, не забудьте начать с самого главного: экспериментальной проверки основного закона электродинамики — закона Ома.
ПроектВспомнить не только достижения Георга Ома, но и историю физики в целом поможет проект «Великие физики» — путешествие во времени, которое начнётся в XVII веке с экспериментов выдающегося итальянского учёного Галилео Галилея, а закончится в современности, ведь физика не стоит на месте, а продолжает развиваться и сегодня. В рамках проекта школьники смогут посвятить исследование биографии Георга Ома или любого другого учёного-физика и их достижениям — для этого нужно просто заполнить и отправить анкету.
Цель проекта — публикация энциклопедии по физике, внести вклад в создание которой сегодня может каждый учащийся.
формулы, понятия, закон Ома для участка цепи и полной цепи
Все отрасли, связанные с электричеством, обязательно знают этот закон, мало того, его знают очень многие люди, даже малознакомые с электроэнергией. Это закон Ома. Другие знают эту формулу, не подозревая, что она исходит из этого правила. Чем он так знаменит, и какие сведения можно получить, изучив его?
- Основные понятия закона Ома
- Формулировка и объяснение
- Как понять закон Ома?
- Для участка цепи
- Для полной цепи
- Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
- Где и когда можно применять?
Основные понятия закона Ома
Еще в начале XIX века Георг Ом проводил опыты с гальваническим элементом, подключая проводники из разного материала и длины. При этом пользуясь гальванометром, он заметил закономерности, которые записал в виде формулы.
Суть сводилась к тому, что при изменении одного из параметров также менялись и другие показания. Поскольку электричество и магнетизм связаны между собой, этот закон применим для магнитного поля и акустики.
Если говорить современным языком, то в передаче электрического заряда задействованы следующие компоненты:
• электрический ток;
• ЭДС;
• сопротивление цепи;
• сопротивление источника питания.
Прежде чем разбирать соотношение между этими составляющими, познакомимся с каждым из них поближе.
Сила тока I
Под током подразумевается концентрация зарядов в поперечном разрезе провода, а под его силой – прохождение этих зарядов за единицу времени. Что это значит? Для простоты рассмотрим движение электрона в металле. Упрощенно атом состоит из ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра. Энергия, заставляющая двигаться электроны, может пополняться за счет некоторых факторов.
В металлах это приводит к тому, что некоторые электроны, находящиеся на внешней орбитали, отрываются и свободно блуждают по материалу.
Поскольку электроны очень малы, в поперечном сечении их достаточно много. Каждый электрон обладает магнитным полем и когда электроны собираются, магнитное поле возрастает. Это дает возможность с помощью амперметра, который вычисляет это магнитное поле, определить силу тока.
Всего различают два вида тока: однонаправленный и переменный. Однонаправленным считается такой ток, при котором движение заряженных частиц происходит всегда в одном направлении. При переменном токе они движутся то в одном, то в противоположном направлении. Примером служит домашняя электрическая сеть.
Единицей измерения силы тока служит ампер А. При силе в 1 А за 1 секунду через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону. На практике используются меньшие (миллиампер, микроампер) или большие (килоампер) величины.
Напряжение U, или разность потенциалов
Напряжение – это разность зарядов на выводах источника тока. Химическим, механическим или другим путем источник с одного вывода «выпускает» заряды, а на другом выводе «принимает» их. Если быть точным, то это называется разностью потенциалов. Обычно напряжение и потенциал совпадают, но бывают моменты, когда это равенство нарушается. Например, при воздействии внешнего магнитного поля напряжение может либо увеличиваться, если силовые линии совпадают с направлением движения зарядов, либо уменьшается, если внешние силы направлены в противоположную сторону.
Напряжение определяет работу, которую может совершить одиночный заряд за единицу времени. Измеряется в вольтах или более мелких (крупных) величинах:
• милливольт;
• микровольт;
• киловольт;
• мегавольт.
Если в цепи используется переменное напряжение, например, синусоидальное, то измерения могут быть:
• мгновенными;
• амплитудными;
• средними;
• среднеквадратическими;
• средневыпрямленными.
При мгновенном измерении получают значение, соответствующее измеряемой точке времени. Оно может находиться в пределах от максимального отрицательного до максимального положительного значения. Амплитудное значение показывает максимальные значения отрицательной и положительной полуволны. Среднее показывает разницу между максимальным и положительным значением, в синусоиде оно всегда равно 0.
Среднеквадратическое или действующее – значение, приравниваемое к действию постоянного тока, при котором выполняется такая же работа за единицу времени. Средневыпрямленное применяется редко, показывает среднее однонаправленное напряжение после выпрямителя.
Сопротивление R
Сопротивление – еще одна составляющая характеристика. Что это такое? Металлические провода имеют примеси, неоднородности в кристаллической решетке, что затрудняет движение электротока. Электрон теряет часть энергии для преодоления таких препятствий. Кроме того, сопротивление внутри провода больше, чем на его поверхности, так как электрон встречает сопротивление только в одной плоскости.
Кроме геометрии, на сопротивление влияет:
• удельное сопротивление;
• температура;
• назначение вещества.
Понятно, что чем длиннее проводник, тем большим сопротивлением он обладает. Для определения сопротивления по первому пункту достаточно посмотреть соответствующую таблицу. Определяется значение опытным путем. Берут заготовку сечением 1м2 и длиной 1 м и измеряют сопротивление в Омах. Для определения 1 Ома необходимо взять проводник и пустить по нему ток в 1 А. Взять вольтметр и, разводя щупы по этому проводнику, добиться показаний прибора в 1 В. Этот отрезок и будет соответствовать 1 Ому.
При увеличении температуры атомы раскачиваются все сильнее, мешая электронам продвигаться, а при уменьшении температуры они успокаиваются.
Формулировка и объяснение
Рассматриваемый нами закон является эмпирическим – доказанным и признанным учеными, но не являющимся фундаментальным. Он описывает связь напряжения, тока и сопротивления в полной цепи или какого-то участка. Относится к физическим законам и применим в большинстве случаев. Расчет производится математически по следующей формуле: U=IR. Где U – напряжение, В; I – ток, А; R – сопротивление, Ом. Подставляя известные значения в формулу, можно найти неизвестную величину.
Как понять закон Ома?
Примеры с водопроводом, кажется, лучше всего подходят для объяснения действий электроэнергии. Чтобы вода поступала в дома, необходимы:
• водонапорная башня;
• трубы;
• вентили;
• насосы и подобные устройства.
Башня служит для создания давления, в нашем случае она символизирует напряжение источника питания. Трубы служат проводниками, их диаметр влияет на пропускную способность или сопротивление. Остальное оборудование рассматривать не будем. Чем выше находится накопительная емкость башни, тем большее давление она создает, а чем выше давление, тем быстрее проходит вода через трубы. Поэтому чем выше напряжение, тем больше ток в проводнике.
С другой стороны, чем больше диаметр труб при неизменной высоте емкости, тем больше воды проходит через них. Это показывает, что при увеличении диаметра проводника увеличивается его пропускная способность и уменьшается сопротивление, а значит, увеличивается ток.
Для участка цепи
Эмпиричность закона хорошо выражается в протяженных цепях ЛЭП. Чтобы снизить потери на сопротивление провода, с помощью трансформаторов повышают напряжение. При этом в местах соединения провода с изолятором при высоких напряжениях возникает коронирование – газовый разряд.
Для полной цепи
Рассмотренная выше цепь использует переменный ток, поскольку постоянный напрямую не трансформируется. Но в схеме с постоянным напряжением тоже есть свои подводные камни. Так, для запуска автомобиля используется 12-вольтовый аккумулятор емкостью 75 А/ч. Если вместо него взять 8 батареек на 1,5 В и подключить последовательно, то получим 12 В. Емкость будет примерно 1 А. При использовании закона Ома стартер должен вращаться примерно 14 секунд, однако, на самом деле, он даже не сдвинется с места. Почему такое происходит?
Все дело во внутреннем сопротивлении. Если говорить очень просто, то при большой нагрузке источник, в нашем случае это батарейка, не успевает отдавать накопленную энергию. Связано это в первую очередь с размерами источника.
Также на работу влияет материал, используемый в аккумуляторе. Получается, что для нормальной работы необходимо согласование источника и потребителя.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
Чтобы учесть все влияющие на электричество факторы, необходимо использовать другие физические величины, такие как:
• плотность тока;
• проводимость;
• напряженность.
В отличие от скалярной величины, которая имеет определенное значение, векторные величины состоят из нескольких показателей и имеют направление. Складываются показания из точечных значений по формуле J=E. Упрощенно можно сказать, что J используется вместо силы тока, проводимость противоположна сопротивлению, а E замещает напряжение. Но даже такое замещение не всегда позволяет использовать закон Ома.
Где и когда можно применять?
При решении бытовых вопросов, например, определения мощности, в схемах с постоянным током этот закон применим и им можно пользоваться смело.
То есть для обычного обывателя нет никаких ограничений, они возникают в лабораториях или у конструкторов. Вот некоторые моменты, когда закон не имеет силы:
• высокая частота;
• сверхпроводимость;
• сильный нагрев;
• во время пробоя;
• движение ионов в газе или вакууме;
• работа полупроводников;
• в местах соединения металла с диэлектриком.
Хотя некоторые из перечисленных пунктов встречаются в обычных условиях, например, нагрев, пробой, газовый разряд и другие, они не являются нормальными или необходимыми для исследования. Поэтому, зная закон Ома, можно смело проводить необходимые измерения и решать насущные задачи.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
Заполняется бесплатно Глава a te Закон о типах цепей и сопротивлении (CTE-Automotive Technology) PDF-форма
Copyright Goodheart-Willcox Co.
, Inc. Запрещается воспроизводить или размещать на общедоступных веб-сайтах. 101
Имя ________________________________________________________________________________ Дата __________________
Преподаватель _____________________________________________________________________ Баллы ________________________
Глава
a
te
Глава
Цель: Изучив эту главу, вы сможете сравнить рабочие характеристики последовательных,
параллельных и последовательно-параллельных цепей и объяснить работу цепи корпус-земля.
Типы цепей
1. A(n) _____ представляет собой замкнутый электрический путь для тока. _________________________________________________
2. Определите типы цепей, показанные ниже.
Типы электрических цепей и закон Ома
A
B
C
(A) _____________________________________________
(B) _____________________________________________
(C) _____________________________________________
3.
Ток A(n) _____ имеет только один путь для цепи. _________________________________________________
Авторские права Goodheart-Willcox Co., Inc. Запрещается воспроизводить или размещать на общедоступных веб-сайтах.
102 Рабочая тетрадь по современным автомобильным технологиям
4. Если цепочка ламп подключена к _____, то одна перегоревшая _________________________________________________
лампочка не повлияет на работу других лампочек в
цепи.
________ 5. Цепь заземления рамы использует _____ транспортного средства для возврата электроэнергии к источнику питания.
(A) металлическая конструкция
(B) ветровое стекло
(C) электрическая система
(D) шины
6. Объясните традиционную теорию тока.
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
7.
Какой кабель аккумулятора прикручен к раме автомобиля, чтобы металлическая конструкция автомобиля могла служить
большим проводником для тока?
____________________________________________________________________________________________________________
8. Проводом, по которому проходит ток к нагрузке, является _____ провод. _________________________________________________
9. _____ является частью цепи между нагрузкой ________________________________________________
и минусовой клеммой аккумулятора.
Закон Ома
10. Дайте определение закону Ома.
________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
11. Назовите три формулы, представляющие закон Ома.
________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
________ 12.
Изменение _____ влияет на величину тока в цепи.
(A) сопротивление
(B) напряжение
(C) оба A и B.
(D) ничего из вышеперечисленного.
13. Большинство проблем с электрикой автомобиля вызвано ________________________________________________
изменением цепи _____.
Copyright Goodheart-Willcox Co., Inc. Запрещается воспроизводить или размещать на общедоступных веб-сайтах.
Глава 18 Типы электрических цепей и закон Ома 103
Название ________________________________________________________________________________
Расчет цепей
14. Назовите три основных правила, применимых к последовательной цепи.
_________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
15.
Назовите три основных правила расчета параллельных цепей.
________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________
16. _____ числа равно 1, деленному на это число. _________________________________________________
17. В последовательно-параллельной цепи общее _________________________________________________
сопротивление цепи можно найти, рассчитав сопротивление
для каждой параллельной секции, а затем прибавляя к этим значениям сопротивление серии
, чтобы получить одно сопротивление _____
.
________ 18. Единицей измерения электроэнергии является _____.
(A) ампер
(B) вольт
(C) ватт
(D) ом
19. Какова формула мощности?
________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________
________ 20. Номинальные мощности для гибридных мотор-генераторов и высоковольтных аккумуляторов могут быть указаны в _____.
(A) ампер
(B) вольт
(C) ом
(D) киловатт
22. Во избежание необходимости чтения и записи больших чисел ________________________________________________
, представляющих электрические значения, _____ используются с
эти значения для указания множителя или показателя степени
значения.
23. Одна _____ равна 1000 Ом. _________________________________________________
Авторские права Goodheart-Willcox Co.
, Inc. Запрещается воспроизводить или размещать на общедоступных веб-сайтах.
104 Рабочая тетрадь по современным автомобильным технологиям
24. Сколько Ом соответствует 5 МОм?
________________________________________________________________________________________________________________
________ 25. Какой из следующих префиксов не является одним из наиболее часто используемых префиксов в автомобильной электронике
?
(A) милли
(B) exa
(C) килограмм
(D) микро
| 1 | Введение в единицы, преобразования и измерения схемы. Это очень важный справочный материал. Глава 2 тогда вводит некоторые основные электрические величины и свойства.
|
| 2 | На этой неделе мы определяем основные величины, такие как ток, энергия, напряжение и мощность. Мы также изучаем основные взаимосвязей, таких как закон Ома и степенной закон.
|
| 3 | Мы вводим такие понятия, как эффективность, и продолжаем взаимосвязи. Мы также проверяем сопротивление, проводимость и лабораторное оборудование.
|
| 4 | Завершаем расчет энергии и мощности по середина недели. Затем мы начинаем главу 3, которая охватывает серию схемы. Убедитесь, что вы хотя бы прочитали первые несколько глав разделы перед чтением лабораторного задания.
|
| 5 | На этой неделе мы начинаем кое-что собирать и образуют простейшие цепи: последовательные цепи. Где-то здесь мы будет наш первый тест . Мы также начинаем обследование параллельные цепи.
|
| 6 | Мы продолжаем использовать параллельные схемы и к концу недели представить комбинированную последовательно-параллельную схему в ее самом основном формы. Существует бесконечное множество последовательно-параллельных цепей. Делай , а не попытайтесь запомнить формы растворов. Это только приведет вас к беда позже.
|
| 7 | Заканчиваем работу базовыми последовательно-параллельными схемами (хотя мы еще не закончили с темой — есть многочисленные схемы, которые потребуют более сложных методов, представленных короче).
|
| 8 | Следующие три или около того недели будут посвящены изучению
различные теоремы и методы решения. Если вы еще не сделали
поэтому убедитесь, что вы прочитали руководство вашего калькулятора и узнали
как выполнять одновременные решения уравнений.
|
| 9 | Теорема Нортона и теорема о максимальной передаче мощности раунд
из нашего обсуждения теорем.
|
| 10 | В
В главе 7 мы работаем с узловым анализом и анализом сетки, сначала
используя общий подход и, во вторую очередь, форматный подход.
Некоторые люди предпочитают узловые, а не сетчатые. Некоторые люди предпочитают сетку узлам.
Любой из них может быть использован для решения данной схемы, однако вы можете найти
что решение данной схемы проще или быстрее с использованием одного
технику в пользу другой.
|
| 11 | Мы закончить любые оставшиеся детали сетевого анализа и теорем, включая зависимые источники. Как только мы закончим, мы приступим к обсуждению реактивных компонентов, начиная с конденсаторов.
|
| 12 | Мы продолжаем с емкостью и в конце недели, ввести переходную реакцию.
|
| 13 | Обсуждение RC-схем завершается на этой неделе. и мы вводим катушки индуктивности.
|
Первый
лаборатория электрика
Лаборатория
Мы начинаем наш
работать с текущими преобразованиями источников и вести непосредственно к теоремам,
включая теорему Тевенина и теорему суперпозиции. Примечание
что суперпозиция требует , чтобы схема была
линейные, то есть нелинейные схемы (например, те, которые демонстрируют насыщение
или исправление) нельзя решить с помощью суперпозиции. Это часто
забытый начинающим учеником.
В конце недели мы представляем сетку и
узловой анализ из главы 7. Мы начнем с узлового анализа.
Время и практика выдержат это
вне. Где-то здесь у нас будет второй тест .
Глава 8: 1, 2, 3, 4.
