А ЯК НАСПРАВДІ?
А чи згодні ви?
Я вважаю, що Ірина не права. Вона поставила порцеляну в один ряд із провідниками (металами та графітом). Порцеляна — це діелектрик (ізолятор), її питомий опір у мільярди разів вищий, ніж у ніхрому чи графіту. Тому її слід розмістити в самому кінці переліку.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Чому провідник чинить опір електричному струмові?
Це відбувається через те, що вільні електрони під час свого руху під дією електричного поля постійно натрапляють на іони кристалічної ґратки металу.
2. За якою формулою обчислюють опір провідника?
Формула має такий вигляд:
$R =ho \dfrac{l}{S}$, де $\rho$ — питомий опір матеріалу, $l$ — довжина провідника, $S$ — площа його поперечного перерізу.
3. Що таке питомий опір речовини?
Це характеристика електричних властивостей матеріалу. Чисельно вона дорівнює опору провідника, зробленого з цієї речовини, завдовжки 1 м і площею перерізу 1 м² (або 1 мм²).
4. Що таке реостат?
Це прилад зі змінним опором, який використовують для регулювання сили струму в електричному колі.
5. Які типи реостатів ви знаєте?
Існують повзункові, важільні (або секційні) та штепсельні реостати.
6. Опишіть будову та принцип дії повзункового реостата.
Він складається з керамічного циліндра з намотаним дротом (з високим опором), металевого стрижня та повзунка. Переміщуючи повзунок, ми змінюємо довжину частини дроту, по якій тече струм. Це змінює опір і, як наслідок, силу струму.
ВПРАВА № 38
1. Визначте, з якої речовини виготовлений кожний провідник, якщо відомо, що їхні опори однакові (на основі рис. 1 до вправи 38).
Провідник 1 — мідь, 2 — залізо, 3 — свинець. Оскільки опори та перерізи однакові, працює правило: чим менший питомий опір (мідь), тим довшим має бути дріт. І навпаки, матеріал з найбільшим питомим опором (свинець) буде найкоротшим.
2. Обчисліть опір мідного дроту довжиною 2 м, якщо площа його поперечного перерізу становить 6,8 мм².
Дано:
$l = 2$ м
$S = 6,8$ мм$^2$
$\rho = 0,017 \dfrac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$
Знайти: $R$
Розв’язання:
Використовуємо формулу $R = \rho \cdot \dfrac{l}{S}$.
$R = 0,017 \cdot \dfrac{2}{6,8} = \dfrac{0,034}{6,8} = 0,005$ (Ом).
Відповідь: Опір становить 0,005 Ом (5 мОм).
3. Як зміняться опір реостата і сила струму в колі (рис. 2), якщо повзунок реостата пересунути праворуч?
Якщо змістити повзунок праворуч, довжина активної частини обмотки зменшиться. Це призведе до зменшення опору реостата. За законом Ома, сила струму в колі зросте.
4. Накресліть схему кола, поданого на рис. 3. Як зміняться показ амперметра і яскравість світіння лампочки, якщо повзунок реостата пересунути праворуч?
Переміщення повзунка праворуч зменшує опір реостата. В результаті загальний струм у колі збільшується: амперметр покаже більше значення, а лампочка світитиме яскравіше.
5. Якої довжини має бути ніхромовий дріт із площею поперечного перерізу 0,2 мм², щоб за напруги на його кінцях 4,4 В сила струму в ньому становила 0,4 А?
Дано:
$S = 0,2$ мм$^2$
$U = 4,4$ В
$I = 0,4$ А
$\rho = 1,1 \dfrac{\text{Ом} \cdot \text{ мм}^2}{\text{м}}$
Знайти: $l$
Розв’язання:
- Знайдемо опір за законом Ома: $R = \dfrac{U}{I} = \dfrac{4,4}{0,4} = 11$ Ом.
- Знайдемо довжину: $l = \dfrac{R \cdot S}{\rho} = \dfrac{11 \cdot 0,2}{1,1} = 2$ м.
Відповідь: Довжина дроту — 2 м.
6. Дріт, що має опір 25 Ом, розрізали навпіл і половини звили. Як і в скільки разів змінився опір дроту? Поясніть свою відповідь.
Опір зменшився у 4 рази. Пояснення: розрізання навпіл зменшує довжину вдвічі (опір падає у 2 рази). Звивання двох частин збільшує товщину (площу перерізу) вдвічі, що зменшує опір ще у 2 рази. Разом: $2 \times 2 = 4$. Новий опір: 6,25 Ом.
7. Під час проходження електричного струму в алюмінієвому дроті завдовжки 100 м напруга на кінцях дроту становить 7 В. Чому дорівнює маса дроту, якщо сила струму в ньому 10 А?
Дано:
$l = 100$ м; $U = 7$ В; $I = 10$ А
$\rho = 0,028 \dfrac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$
$D = 2700 \dfrac{\text{кг}}{\text{м}^3}$
Знайти: $m$
Розв’язання:
- Опір: $R = \dfrac{7}{10} = 0,7$ Ом.
- Площа перерізу: $S = \dfrac{\rho \cdot l}{R} = \dfrac{0,028 \cdot 100}{0,7} = 4$ мм$^2$ ($4 \cdot 10^{-6}$ м$^2$).
- Маса: $m = D \cdot S \cdot l = 2700 \cdot 4 \cdot 10^{-6} \cdot 100 = 1,08$ кг.
Відповідь: Маса дроту — 1,08 кг.
7. За рис. 4 опишіть принцип дії штепсельного реостата.
Він регулює опір шляхом підключення або відключення спіралей. Вставлений штепсель пускає струм через себе (в обхід спіралі), тому опір на цій ділянці майже нульовий. Якщо вийняти штепсель, струм піде через спіраль, додаючи її опір до загального ланцюга.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
Виготовте з металевого дроту резистор, що має опір 0,2 Ом. Опишіть свої дії. Зазначте діаметр і довжину використаного дроту, метал, із якого він виготовлений.
- Розраховую площу перерізу для дроту 0,2 мм: $S = \dfrac{3,14 \cdot 0,2^2}{4} = 0,0314$ мм$^2$.
- Визначаю необхідну довжину з формули опору: $l = \dfrac{0,2 \cdot 0,0314}{0,017} \approx 0,37$ м (37 см).
- Відміряю 37 см мідного дроту, відрізаю та намотую на ізольовану основу.
Відповідь: Мідний дріт, діаметр 0,2 мм, довжина 37 см.