Prezentácia na tému "Výpočet odporu vodičov" vo fyzike vo formáte powerpoint. Účelom tejto prezentácie pre žiakov 8. ročníka je naučiť žiakov merať odpor vodičov, zistiť závislosť odporu vodiča od jeho dĺžky, plochy. prierez a materiál, z ktorého je vyrobený. Autor prezentácie: Nakhusheva Marita Mukhamedovna, učiteľka fyziky.

Fragmenty z prezentácie

Veda začína hneď, ako človek začne merať. Exaktná veda je nemysliteľná bez miery. D.I. Mendelejev

Metódy merania odporu vodičov

• Avommeter.
• Metóda voltmetra a ampérmetra

Úloha 1. Závislosť odporu vodiča od dĺžky.

Zostavíme obvod 3, pripojíme nichrómový drôt (svorky 1, 2) k zdroju prúdu a ampérmetru. Zmenou dĺžky vodiča sledujte zmenu sily prúdu.

Záver 1.

• So znížením dĺžky nichrómového drôtu sa prúdová sila zvyšuje, s nárastom dĺžky prúdová sila klesá.
• Preto: pre L ↓ ~ I ~ R↓ R ~ L

Úloha 2. Závislosť odporu vodiča od plochy prierezu.

Zostavíme obvod 3, najprv pripojíme jeden nichrómový vodič (svorky 1, 2) k zdroju prúdu a ampérmetru, potom pripojíme dva nichrómové vodiče (svorky 1-3, 2-4) k zdroju prúdu a ampérmetru. Sledujte zmenu prúdu.

Záver 2.

• So znížením prierezovej plochy nichrómového drôtu sa prúdová sila znižuje, so zväčšením prierezovej plochy sa prúdová sila zvyšuje.
• Preto: pre S ↓ ~ I ↓ ~ R R ~ 1/S

Úloha 3. Závislosť odporu vodiča od druhu látky.

Zostavíme obvod 3, najprv pripojíme nichrómový drôt (svorky 1, 2) k zdroju prúdu a ampérmetru, potom pripojíme oceľový drôt (svorky 5, 6) k zdroju prúdu a ampérmetru. Sledujte zmenu prúdu.

Záver 3.

• Prúdová sila pri pripojení nichrómového drôtu je väčšia ako pri pripojení oceľového (železného) drôtu.
• Podľa tabuľky porovnávame špecifické odolnosti týchto látok.
• Preto: ak I ~ R↓ ~ ρ↓ R ~ ρ

zistenia

• Odpor závisí od dĺžky vodiča, čím väčšia je dĺžka vodiča, tým väčší je jeho odpor.
• Odpor vodiča závisí od plochy prierezu: menšiu plochu prierez vodiča, tým väčší odpor.
• Odolnosť vodiča závisí od druhu látky (materiálu), z ktorej je vyrobený.
• Závislosť odporu od geometrických rozmerov vodiča (dĺžka a plocha prierezu) a látky, z ktorej je vyrobený, prvýkrát stanovil Georg Ohm.
• Tento výraz umožňuje vypočítať dĺžku vodiča, prierez a odpor vodiča.

sériové pripojenie

o sériové pripojenie troch vodičov, odpor sa zvyšuje so zväčšujúcou sa dĺžkou vodiča (R~L, L~R).

Paralelné pripojenie

o paralelné pripojenie zväčšuje sa plocha prierezu vodiča, odpor sa zníži (pri S ↓ ~ R).

Úloha

• Úloha. Určite odpor telegrafného drôtu medzi Južno-Sachalinskom a Tomari, ak je vzdialenosť medzi mestami 180 km a drôty sú vyrobené zo železného drôtu s plochou prierezu 12 mm2
• Úloha. Vypočítajte odpor medeného trolejového drôtu zaveseného na pohon motora električky, ak dĺžka drôtu je 5 km a plocha prierezu je 0,65 cm2.
• Úloha. Akú dĺžku si mám vziať medený drôt s plochou prierezu ​​​0,5 mm2, takže jeho odpor je 34 ohmov?
• Úloha. Vypočítajte odpor nichrómového vodiča s dĺžkou 5 m a prierezom 0,75 mm2.

Strana 1

Závislosť elektrický odpor vodičov z ich geometrických rozmerov je, že so zväčšovaním dĺžky vodiča a zmenšovaním plochy prierezu sa zvyšuje odpor.

Prevodníky citlivé na teplotu sú založené na závislosti elektrického odporu vodiča (alebo polovodiča) od teploty.

Odporové teplomery využívajú závislosť elektrického odporu vodičov od teploty. Platinové a medené odporové teplomery sú štandardizované.

Prevodníky citlivé na teplotu sú založené na závislosti elektrického odporu vodiča (alebo polovodiča) od teploty.

Ich pôsobenie je založené na závislosti elektrického odporu vodičov od teploty. Grafy závislosti ich odporu od teploty sú na obr. 2.16. V podstate sú to rovné čiary. Hodnota TCES medi je vyššia ako hodnota platiny, preto je TCM citlivejšia na zmeny teploty, čo vysvetľuje strmosť grafu. Horný limit merania teploty pre TCM je však 200 C a pre TSP - plus 1100 C. Dolné limity sú mínus 200 a mínus 260 C.

Princíp činnosti prevodníkov je založený na závislosti elektrického odporu vodičov alebo vodičov od teploty.

Princíp činnosti meničov je založený na závislosti elektrického odporu vodičov alebo polovodičov od teploty.

Technické vlastnosti indikačných manometrických teplomerov.

Činnosť týchto teplomerov je založená na využití závislosti elektrického odporu vodiča ( jemný drôt) na teplote. Odporový teplomer pozostáva z vinutia z tenkého drôtu na špeciálnom ráme z izolačného materiálu. Citlivý prvok je uzavretý v ochrannom puzdre.

Tepelné odporové snímače sú založené na využití závislosti elektrického odporu vodičov od teploty. Existujú dva spôsoby použitia termistorov ako senzorov. V prvom spôsobe je teplota tepelného odporu určená teplotou životné prostredie, keďže prúd pretekajúci cez tepelný odporový závit je zvolený dostatočne malý na to, aby ním uvoľnené teplo neovplyvňovalo teplotu tepelného odporu. Táto metóda sa používa v snímačoch teploty.

Tepelné odporové snímače sú založené na využití závislosti elektrického odporu vodičov od teploty. Existujú dva spôsoby použitia termistorov ako senzorov. Pri prvom spôsobe je teplota tepelného odporu určená teplotou okolia, keďže prúd pretekajúci cez tepelný odpor je zvolený dostatočne malý na to, aby ním generované teplo neovplyvňovalo teplotu tepelného odporu. Táto metóda sa používa v snímačoch teploty.

Prevodníky citlivé na napätie (drôtové) sú založené na závislosti elektrického odporu vodiča od mechanického namáhania v ňom spôsobeného.

Tenzocitlivé (drôtové) meniče sú založené na závislosti elektrického odporu vodiča od mechanického namáhania v ňom spôsobeného.

Existovať v prieskumníkovi priamy prúd, to znamená, že pohyb elektrónov konštantnou rýchlosťou je potrebný na to, aby vonkajšia sila ($F$) pôsobila nepretržite, rovnajúca sa:

kde $q_e$ je elektrónový náboj. Preto sa elektróny vo vodiči pohybujú s trením. Alebo inak hovoria, že vodiče majú elektrický odpor (R). Elektrický odpor pre rôzne vodiče je rôzny a môže závisieť od materiálu, z ktorého je vodič vyrobený, a od jeho geometrických rozmerov.

Ohmov zákon možno použiť na meranie odporu. Za týmto účelom zmerajte napätie na koncoch vodiča a prúd, ktorý preteká vodičom, použite Ohmov zákon pre homogénny vodič, vypočítajte odpor:

Závislosť odporu od geometrických rozmerov a materiálu vodiča

Ak vykonáte sériu experimentov na meranie odporu homogénneho vodiča konštantného prierezu, ale rôznych dĺžok ($l$), potom sa ukáže, že jeho elektrický odpor je dĺžka ($R\sim l$).

Nasledujúce experimenty sa vykonávajú pre homogénny vodič, rovnaký materiál, rovnakú dĺžku, ale iná sekcia, zistíme, že odpor je nepriamo úmerný ploche prierezu ($R\sim \frac(1)(S)$).

A tretí experiment, na štúdium elektrického odporu vodičov, sa vykonáva s vodičmi vyrobenými z rôzne materiály, s rovnakou dĺžkou a prierezom. Výsledok: odpor závisí aj od materiálu vodiča. Všetky získané výsledky sú vyjadrené nasledujúcim vzorcom na výpočet odporu:

kde $\rho $ je merný odpor materiálu.

Odpor časti obvodu medzi časťami 1 a 2 ($R_(12)$) sa nazýva integrál:

Pre homogénny (z hľadiska odporu) valcový vodič ($\rho =const,S=const\ $) sa odpor vypočíta podľa vzorca (3).

Základnou jednotkou SI na meranie odporu je ohm. $1Ω=\frac(1V)(1A).$

Odpor

Špecifický odpor materiálu sa rovná odporu konkrétnej látky, 1 m vysokej a s plochou prierezu $ 1 m^2 $.

V SI je základná jednotka odporu $Ohm\cdot m$.

Odpor látok závisí od teploty. Pre vodiče možno túto závislosť približne vyjadriť vzorcom:

kde $(\rho )_0$ je odpor vodiča pri 00C, $t$ v stupňoch Celzia, $\alpha $- teplotný koeficient odpor. Pre Vysoké číslo kovy pri teplotách v rozsahu 0 $(\rm()^\circ\!C)\le t\le 100(\rm()^\circ\!C), 3,3 $\cdot (10)^(-3 ) \le \alpha \le 6,2\cdot (10)^(-3)\frac(1)(K)$.

Teplotný koeficient odporu danej látky je definovaný ako:

$\alpha $ udáva relatívny nárast odporu pri zvýšení teploty o jeden stupeň. To znamená, že na základe (6) získame nelineárnu závislosť merného odporu od teploty, avšak $\alpha $ sa s rastúcou (klesajúcou) teplotou až tak nemení a táto nelinearita sa neberie do úvahy pri väčšina prípadov. Pre kovy $\alpha >0,\ $pre $\alpha

Závislosť rezistivity od teploty sa vysvetľuje závislosťou strednej voľnej dráhy nosiča náboja od teploty. Táto vlastnosť sa využíva v rôznych meracie prístroje a automatické zariadenia.

Špecifická elektrická vodivosť látky

Prevrátená hodnota odporu sa nazýva elektrická vodivosť ($\sigma $):

V sústave SI je základnou jednotkou elektrickej vodivosti 1 $\frac(Siemens)(m)$ ($\frac(Cm)(m)$). Hodnota $\sigma $ charakterizuje schopnosť látky viesť elektriny. Elektrická vodivosť závisí od chemickej povahy látky a podmienok (napríklad teploty), v ktorých sa táto látka nachádza. Ak z rovnice (4) vidíme, že $\rho \sim t$, potom $\sigma \sim \frac(1)(t).\ $Treba si uvedomiť, že tieto závislosti sa porušujú pri nízkych teplotách. Pozoruje sa fenomén supravodivosti. Pri $T\to 0,\$ pre absolútne čistý kov s ideálne pravidelnou kryštálovou mriežkou na absolútnej nule odpor by sa mala rovnať nule, špecifická vodivosť je nekonečná.

Príklad 1

Úloha: Vypočítajte odpor vodiča (R), ak je na jednom jeho konci udržiavaná teplota $t_1$, na druhom $t_2$. Teplotný gradient pozdĺž osi vodiča je konštantný. Odpor tohto vodiča pri teplote 00C sa rovná $R_0$.

Na základe stálosti teplotného gradientu pozdĺž osi vodiča píšeme, že:

\[\frac(dt)(dx)=k\ \left(1.1\right),\]

kde $k=konšt.$ Preto môžete nájsť zákon zmeny teploty pri pohybe pozdĺž vodiča, teda t(x). Aby sme to urobili, vyjadríme $dt$, dostaneme:

Nájdite integrál z (1.2), dostaneme:

Počiatok súradníc umiestnime do bodu, ktorý sa zhoduje s koncom vodiča, ktorý má teplotu $t_1$. Potom pomocou (1.3) dosadíme x=0 a nájdeme konštantu C:

Na druhom konci je teplota vodiča rovná $t_2, $ dosadíme do (1.3), berieme do úvahy (1.4) $x=l$, kde $l$ je dĺžka vodiča, dostaneme :

Na výpočet odporu používame vzorec:

kde $\rho =(\rho )_0\vľavo(1+\alpha t\vpravo)$. Vypočítajme integrál:

Namiesto k vo výraze (1.7) dosadíme to, čo sme dostali v (1.5), máme: \

kde $(\rho )_m$ je hustota hmotnosti vodiča. Vyjadríme z (2.2) dĺžku tyče, dostaneme:

Plochu prierezu vodiča nájdeme podľa vzorca:

Dosadením (2.3) a (2.4) do (2.1) dostaneme:

Odpoveď: $R=\frac(\rho )((\rho )_m)\frac(16m)((\pi )^2d^4).$