Презентация на тему "Расчет сопротивления проводников" по физике в формате powerpoint. Цель данной презентации для школьников 8 класса - научить учащихся измерять сопротивления проводников, устанавливать зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен. Автор презентации: Нахушева Марита Мухамедовна, учитель физики.

Фрагменты из презентации

Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры. Д.И.Менделеев

Методы измерения сопротивления проводников

• Авомметр.
• Метод вольтметра и амперметра

Задание 1. Зависимость сопротивления проводника от длины.

Собираем схему 3, нихромовую проволоку (клеммы 1, 2) подключить к источнику тока и амперметру. Меняя длину проводника наблюдать изменение силы тока.

Вывод 1.

• При уменьшении длины нихромовой проволоки сила тока увеличивается, при увеличении длины сила тока уменьшается.
• Следовательно: при L ↓ ~ I ~ R↓ R ~ L

Задание 2. Зависимость сопротивления проводника от площадь сечения.

Собираем схему 3, сперва одну нихромовую проволоку (клеммы 1, 2) подключить к источнику тока и амперметру, затем две нихромовые проволоки (клеммы 1-3, 2-4) подключить к источнику тока и амперметру. Наблюдать изменение силы тока.

Вывод 2.

• При уменьшении площади сечения нихромовой проволоки сила тока уменьшается, при увеличении площади сечения сила тока увеличивается.
• Следовательно: при S ↓ ~ I ↓ ~ R R ~ 1/S

Задание 3. Зависимость сопротивления проводника от рода вещества.

Собираем схему 3, сперва нихромовую проволоку (клеммы 1, 2) подключить к источнику тока и амперметру, затем стальную проволоку (клеммы 5, 6) подключить к источнику тока и амперметру. Наблюдать изменение силы тока.

Вывод 3.

• Сила тока при подключении нихромовой проволоки больше, чем при подключении стальной (железной) проволоки.
• По таблице сравниваем удельные сопротивления этих веществ.
• Следовательно: если I ~ R↓ ~ ρ↓ R ~ ρ

Выводы

• Сопротивление зависит от длины проводника, чем больше длина проводника тем больше его сопротивление.
• Сопротивление проводника зависит от площади поперечного сечения: чем меньше площадь сечения проводника, тем больше сопротивление.
• Сопротивление проводника зависит от рода вещества (материала), из которого он изготовлен.
• Зависимость сопротивления от геометрических размеров проводника (длины и площади поперечного сечения) и вещества, из которого он изготовлен, впервые установил Георг Ом.
• Это выражение позволяет вычислять длину проводника, поперечное сечение и удельное сопротивление проводника.

Последовательное соединение

При последовательном соединении трех проводников, сопротивление увеличивается, так как длина проводника увеличивается (R ~ L, L ~ R ).

Параллельное соединение

При параллельном соединении площадь сечения проводника увеличивается, сопротивление будет уменьшаться (при S ↓ ~ R).

Задача

• Задача. Определите сопротивление телеграфного провода между Южно-Сахалинском и Томари, если расстояние между городами 180 км, а провода сделаны из железной проволоки площадью поперечного сечения 12 мм2
• Задача. Рассчитайте сопротивление медного контактного провода, подвешенного для питания трамвайного двигателя, если длина провода равна 5 км, а площадь поперечного сечения - 0,65 см2 .
• Задача. Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного сечения 0,5 мм2 , чтобы сопротивление ее было равно 34 Ом?
• Задача. Вычислите, каким сопротивлением обладает нихромовый проводник длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,75 мм2 .

Для существования в проводнике постоянного тока, то есть, движения электронов с постоянной скоростью необходимо, чтобы непрерывно действовала внешняя сила ($F$), равная:

где $q_e$ -- заряд электрона. Следовательно, электроны в проводнике движутся с трением. Или иначе говорят, что проводники имеют электросопротивление (R). Электросопротивление для различных проводников различно и может зависеть от материала, из которого изготовлен проводник и от его геометрических размеров.

Для измерения сопротивления можно использовать закон Ома. Для этого измеряют напряжение на концах проводника и силу тока, который течет через проводник, используют закон Ома для однородного проводника, вычисляют сопротивление:

Зависимость сопротивления от геометрических размеров и материала проводника

Если провести ряд экспериментов по измерению сопротивления однородного проводника постоянного сечения, но разной длины ($l$), то получится, что его электросопротивление длине ($R\sim l$).

Следующие эксперименты проводим для однородного проводника, одного и того же материала, одной длины, но разного сечения, то получаем, что сопротивление обратно пропорционально площади сечения ($R\sim \frac{1}{S}$).

И третий опыт, по исследованию электросопротивления проводников проводят с проводниками из разных материалов, с одинаковой длиной и сечением. Результат: сопротивление зависит и от материала проводника. Все полученные результаты выражает следующая формула, для вычисления сопротивления:

где $\rho $ -- удельное сопротивление материала.

Сопротивлением участка цепи между сечениями 1 и 2 ($R_{12}$) называют интеграл:

Для однородного (с точки зрения удельного сопротивления) цилиндрического проводника ($\rho =const,S=const\ $) сопротивление вычисляется по формуле (3).

Основной единицей измерения сопротивления в СИ является Ом. $1Ом=\frac{1В}{1А}.$

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление материала равно сопротивлению из какого то конкретного вещества, высотой 1 м и с площадью поперечного сечения $1 м^2$.

В СИ основной единицей удельного сопротивления является $Ом\cdot м$.

Удельное сопротивление веществ зависит от температуры. Для проводников эта зависимость приближенно может быть выражена формулой:

где ${\rho }_0$ -- удельное сопротивление проводника при температуре 00С, $t$ в градусах Цельсия, $\alpha $- температурный коэффициент сопротивления. Для большого количества металлов при температурах в интервале $0{\rm{}^\circ\!C}\le t\le 100{\rm{}^\circ\!C},$ $3,3\cdot {10}^{-3}\le \alpha \le 6,2\cdot {10}^{-3}\frac{1}{K}$.

Температурный коэффициент сопротивления данного вещества определен как:

$\alpha $ дает относительное приращение сопротивления при увеличении температуры на один градус. То есть исходя из (6) мы получаем, нелинейную зависимость удельного сопротивления от температуры, однако $\alpha $ изменяется с ростом (падением) температуры не так сильно, и эту нелинейность в большинстве случаев не учитывают. Для металлов $\alpha >0,\ $для $\alpha

Зависимость удельного сопротивления от температуры объясняется, зависимостью средней длинны свободного пробега носителя заряда от температуры. Это свойство используют в разного рода измерительных приборах и автоматических устройствах.

Удельная электропроводность вещества

Величина обратная удельному сопротивлению называется удельной электропроводностью ($\sigma $):

В системе СИ основная единица измерения электропроводности 1 $\frac{сименс}{м}$ ($\frac{См}{м}$). Величина $\sigma $ характеризует способность вещества проводить электрический ток. Электропроводимость зависит от химической природы вещества и условий (например, температуры) при которых это вещество находится. Если мы видели из уравнения (4), что $\rho \sim t$, то, следовательно $\sigma \sim \frac{1}{t}.\ $Надо отметить, что при низких температурах данные зависимости нарушаются. Наблюдается явление сверхпроводимости. При $T\to 0,\ $ у абсолютно чистого металла с идеально правильной кристаллической решеткой при абсолютном нуле удельная сопротивление должно быть равно нулю, соответственно, удельная проводимость бесконечна.

Пример 1

Задание: Вычислите сопротивление проводника (R), если на одном конце его поддерживается температура $t_1$, на другом $t_2$. Градиент температуры вдоль оси проводника постоянный. Сопротивление этого проводника при температуре равной 00С равно $R_0$.

Исходя из постоянства градиента температуры вдоль оси проводника, запишем, что:

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

где $k=const.$ Следовательно, можно найти закон изменения температуры при движении вдоль проводника, то есть t(x). Для этого выразим $dt$, получим:

Найдем интеграл от (1.2), получим:

Поместим начало координат в точку, которая совпадает с концом проводника, имеющим температуру $t_1$. Тогда используя (1.3), подставим x=0, найдем постоянную C:

На другом конце температура проводника равна $t_2,$ подставим в (1.3), учтем (1.4) $x=l$, где $l$ -- длина проводника, получим:

Для вычисления сопротивления используем формулу:

где $\rho ={\rho }_0\left(1+\alpha t\right)$. Вычислим интеграл:

Вместо k в выражение (1.7) подставим то, что получили в (1.5), имеем: \

где ${\rho }_m$ -- плотность массы проводника. Выразим из (2.2) длину стержня, получим:

Площадь поперечного сечения проводника найдем в соответствии с формулой:

Подставим (2.3) и (2.4) в (2.1) получим:

Ответ: $R=\frac{\rho }{{\rho }_m}\frac{16m}{{\pi }^2d^4}.$

Cтраница 1

Зависимость электрического сопротивления проводников от их геометрических размеров состоит в том, что по мере увеличения длины проводника и уменьшения площади поперечного сечения сопротивление возрастает.  

Термочувствительные преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника (или полупроводника) от температуры.  

В термометрах сопротивления используется зависимость электрического сопротивления проводников от температуры. Стандартизованы платиновый и медный термометры сопротивления.  

Термочувствительные преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника (или полупроводника), от температуры.  

Их действие основано на зависимости электрического сопротивления проводников от температуры. Графики зависимости сопротивления их от температуры показаны на рис. 2.16. Практически - это прямые линии. Значение ТКЭС меди выше, чем платины, поэтому ТСМ чувствительнее к изменению температуры, этим и объясняется большая крутизна графика. Однако верхний температурный предел измерения для ТСМ равен 200 С, а для ТСП - плюс 1100 С. Нижние пределы соответственно равны минус 200 и минус 260 С.  

Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивления проводников или пвлупроводни-ков от температуры.  

Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводников от температуры.  

Технические характеристики показывающих манометрических термометров.

Действие этих термометров основано на использовании зависимости электрического сопротивления проводника (тонкой проволоки) от температуры. Термометр сопротивления состоит из обмотки, изготовленной из тонкой проволоки на специальном каркасе, выполненном из изоляционного материала. Чувствительный элемент заключен в защитную гильзу.  

Датчики из термосопротивлений основаны на использовании зависимости электрического сопротивления проводников от температуры. Существуют два способа использования термосопротивлений в виде датчиков. При первом способе температура термосопротивления определяется температурой окружающей среды, гак как ток, протекающий по термосопротивле - Нить нию, выбирается достаточно малым, чтобы выделяемое им тепло не влияло на температуру термосопротивления. Этот способ применяется в датчиках температуры.  

Датчики из термосопротивлений основаны на использовании зависимости электрического сопротивления проводников от темпе ратуры. Существуют два способа использования термосопротивлений ь виде датчиков. При первом способе температура термосопротивления определяется температурой окружающей среды, гак как ток, протекающий по термосопротивлению, выбирается достаточно малым, чтобы выделяемое им тепло не влияло на температуру термосопротивления. Этот способ применяется в датчиках температуры.  

Тензочув-ствительные (проволочные) преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника от вызываемого в нем механического напряжения.  

Тензо-чувствительные (проволочные) преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника от вызываемого в нем механического напряжения.