Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 218. Zależność natężenia prądu od przyłożonego napięcia

Do odbiornika prądu elektrycznego przyłożone zostało napięcie 12 wolt. Przez odbiornik płynie prąd o natężeniu 0,30 ampera.
Jaka jest oporność tego odbiornika?
Rozwiązanie

Dlaczego watowanie bezpieczników może doprowadzić do zapalenia się instalacji elektrycznej?

• 
  Dlaczego przygasają światła samochodu w trakcie uruchamiania silnika?
  
  
• 
  Dlaczego żarówki najczęściej przepalają się w chwilę po włączeniu?
  

Na te i podobne pytania można odpowiedzieć, gdy rozumieć będziemy mechanizm przepływu prądu elektrycznego i zjawisk z tym związanych.

Zależność natężenia prądu od przyłożonego napięcia i innych wielkości.

Dalej rozpatrywać będziemy przepływ prądu elektrycznego w przewodnikach stałych - metalach i ich stopach.

Uporządkowany ruch ładunków elektrycznych nazywamy prądem elektrycznym. Prąd elektryczny możemy scharakteryzować za pomocą wielkości nazywanej natężeniem prądu.

Natężenie prądu elektrycznego to wielkość określająca szybkość przepływu ładunku elektrycznego przez cały przekrój przewodnika. Natężenie prądu elektrycznego zależy od przyłożonego napięcia i od przewodnika.

Istnieje grupa przewodników dla których zależność natężenia prądu od przyłożonego do ustalonego przewodnika jest szczególnie prosta. Zależność ta nosi nazwę prawa Ohma dla odcinka obwodu.

Prawo Ohma mówi, że dla ustalonego przewodnika natężenie prądu płynącego przez ten przewodnik jest wprost proporcjonalne do przyłożonego do końców tego przewodnika napięcia. Opisuje to zależność
(prąd - 3 - 1)




Jednostką oporności jest jeden om - 1 Ω. 1 Ω równy jest ilorazowi wolta przez amper.
(prąd - 3 - 2)

Rozwiązanie - Przykład 1.

Do odbiornika prądu elektrycznego przyłożone zostało napięcie 12 wolt. Przez odbiornik płynie prąd o natężeniu 0,30 ampera.
Jaka jest oporność R tego odbiornika?

(prąd -3 - 3)

Przykład 2.

W instalacji domowej zastosowano topikowy bezpiecznik 20 amperowy. Jaka była włączona do obwodu oporność urządzeń jeśli bezpiecznik uległ spaleniu? W instalacji domowej napięcie średnie skuteczne równe jest 230 wolt.

(prąd 3 - 4)

Do instalacji włączono odbiorniki tak, że całkowita ich oporność była mniejsza niż 15 omów. Jak obliczyć oporność konkretnego urządzenia i kilku równocześnie włączonych? Do tego potrzebna będzie dodatkowa wiedza.

Wielkość oznaczona symbolem R nazywana jest opornością elektryczną (rezystancją). Wielkość ta charakteryzuje przewodnik i zależy od własności substancji przewodnika oraz od wymiarów geometrycznych przewodnika i stanu w którym się przewodnik znajduje.

Najprostszą zależność oporności przewodnika od substancji i rozmiarów mamy dla przewodów - prętów lub drutów mających w każdym miejscu taki sam przekrój poprzeczny i jednorodną budowę. Dla ustalonej temperatury przewodnika w kształcie drutu lub pręta oporność jego jest wprost proporcjonalna do długości tego przewodnika i odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego. Przedstawia to zależność

(prąd - 3 - 5)

Jednostką oporności właściwej jest 1 om razy metr.

(prąd - 3 - 6)

Współczynnik proporcjonalności oznaczony grecką literą ρ - ro (małe) charakteryzuje przewodnik pod względem "łatwości" przepuszczania prądu. Nazywamy go opornością właściwą przewodnika.

Przykład 3

Drut miedziany o kołowym przekroju, identycznym w każdym miejscu drutu, ma długość 200 m i pole przekroju poprzecznego 2 milimetry kwadratowe. Oporność właściwa miedzi jest równa 0,000 000 017 om razy metr.

(prąd - 3 - 7)


Długi, dość cienki drut ma oporność mniejszą niż 2 omy. Oznacza to, że wystarczy przyłożenie napięcia 1,7 V do końców drutu, zebu otrzymać prąd o natężeniu 1 ampera. Przez żarówkę 100 W płynie prąd o natężeniu około pół ampera.

218.10-2010.10.17