Електричний струм в ланцюзі - це впорядкований рух заряджених частинок в електричному полі.
Отже, заряджені частинки приходять в рух (тобто з'являється струм), тільки за умови, що існує електричне поле, яке характеризують ще однієї фізичної величиною - напругою. U
Встановимо залежність, яка, існує між двома цими величинами: силою струму і напругою. Перевіримо цей факт, провівши наступний досвід.
Зберемо електричний ланцюг, що складається з джерела струму, амперметра, лампочки, вольтметра і ключа. Після того як всі елементи ланцюга з'єднані, замкнемо ланцюг.
Показання приладів занесемо в таблицю.
Показання вольтметра 1,5 В, сила струму 0,1А.
Розімкніть ланцюг. І збільшимо загальну напругу в ланцюзі, приєднавши ще одну батарею.
Показання збільшилися вдвічі. Дані так само заносимо в таблицю. Напруга 3В, сила струму 0,2 А.
І ще раз збільшимо напруга, вчепився, додавши ще одну батарею.
Замкнув ключ, отримуємо напругу 4,5 В, сила струму так само збільшилася і дорівнює 0,3А.
Ці дані також занесемо в таблицю.
Очевидно, що у скільки разів збільшуємо напругу, у стільки ж разів збільшується і сила струму. Така залежність називається пряма залежність або пряма пропорційність.
Кажуть, що сила струму прямо пропорційна напрузі.
Ми встановили вид залежності між величинами сила струму і напруга.
Зобразимо цю залежність графічно. Скористаємося даними, які ми занесли в таблицю. Графіком такої залежності є пряма.
Проведемо наступний досвід, в останній ланцюга замість лампочки поставимо резистор.
Останні свідчення були наступні: напруга 4,5 В, сила струму 0,3 А.
Замкнув ланцюг, ми бачимо, що напруга залишилося колишнє, а ось сила струму стала більше 1,5А.
Як це можна пояснити? Виявляється, що різні тіла пропускають струм по-різному. Можна порівняти протягом струму з плином води в трубі. У трубі, де багато засмічень, іржі на стінках буде слабкий напір, так як вода при рух, буде відчувати опір, в гладкою трубі такого опору немає, і тому натиск буде більше.
Так і ток - в одному тілі він буде протікати краще, де опір середовища слабке, в іншому тілі сила струму стане менше, тому що опір середовища велика.
Фізична величина, яка буде характеризувати здатність провідника пропускати електричний струм називається опором.
Позначають цю величину буквою R.
Вимірюється вона в Омах.
За одиницю опору приймають один Ом - це опір такого провідника, в якому при напрузі на кінцях 1 вольт сила струму дорівнює 1 амперу.
Очевидно, що залежність між силою струму і опором буде зворотна.
Тобто, чим більший опір має провідник, тим менше буде сила струму. І навпаки, чим менше опір провідника - тим сила струму буде більше.
Кажуть, що сила струму обернено пропорційна опору.
Отже, ми отримали залежність сили струму від двох параметрів - напруги і опору
Залежність сили струму від напруги на кінцях провідника і опору самого провідника отримала назву закону Ома, на ім'я німецького вченого, який відкрив першим цей закон.
Закон Ома для ділянки кола: сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна його опору.
Знаючи силу струму і напругу на кінцях провідника, ми зможемо знайти його опір.
Якщо відомо опір провідника і сила струму, то ми знайдемо напруга на кінцях провідника.
Кожне тіло має опір. Це властивість виявляється, коли по тілу йде струм. Досвід показує, що опору різних тіл дуже сильно відрізняються один від одного. у одних воно становить частки Ома, в інших-мільйони Ом.
На практиці найчастіше в якості провідника використовують металевий дріт, з якої виготовляють з'єднувальні дроти, резистори, спіралі, нитки розжарювання різних приладів.
Від чого ж залежить опір металевого провідника?
Для відповіді на це питання проробимо кілька дослідів.
Досвід 1. Спробуємо з'ясувати: чи залежить опір дротяного провідника від його довжини? Зберемо електричний ланцюг. Замість резистора включимо дріт довжиною 1 м і визначимо опір. Напруга одно 2В, сила струму 1А, значить опір дорівнює 2 Ом.
Потім відріжемо половину дроту (0,5 м) і знову виміряємо опір. Напруга залишається таке ж 2В, а ось сила струму стала більше 2А. Отже, опір провідника стало менше, воно дорівнює 1 Ом. Ще раз зменшимо дріт в 2 рази і зробимо новий вимір. Результати досвіду внесемо в таблицю:
Довжина l (м) 1 0, 0,25
Опір R (Ом); 2 1 0,5
У скільки разів зменшується довжина провідника, у стільки ж разів зменшується опір. Така залежність називається пряма пропорційність.
Зробимо висновок: опір дротяного металевого провідника прямо пропорційний його довжині.
Дослід 2. У досвіді 1 у нас змінювалася тільки довжина дроту, а перетин і матеріал залишалися колишніми. Тепер візьмемо три дроту з одного і того ж матеріалу, довжиною по 1 м, але різного перетину: 1 кв.мм, 2 кв.мм і 4 кв. мм. Будемо підключати по черзі: спочатку підключимо дріт перетином 1кв.мм і визначимо опір - 4Ом, потім підключимо дріт перетином 2 кв.мм, визначимо опір - 2 Ом. Підключимо дріт перетином 4кв.мм, опір дорівнює 1 Ом.
Площа перетину (мм2) 1. 2 4
Опір (Ом) 4. 2 1
Зробимо висновок: опір провідника обернено пропорційно площі його поперечного перерізу. Чим більше площа поперечного перерізу провідника, тим менше його опір. Якщо площа перерізу зменшити в 2 рази, то опір збільшиться в 2 рази.
В ході третього досвіду з'ясуємо, як залежить опір від матеріалу провідника.
Використовуємо всі ту ж електричний ланцюг. Розмістимо горизонтально з клемами зліва і справа чотири дроту: мідну, алюмінієву, сталеву і нихромовую. Довжина кожної дроту - 1 м і перетин - 1 кв.мм. Підключаючи по черзі кожну дріт, заміряємо кожен раз опір. Результати досвіду внесемо в таблицю:
• мідний дріт - опір 0,017 Ом;
• алюмінієвий дріт - опір 0,02 Ом;
• сталевий дріт - опір 0,1 Ом;
• дріт з ніхрому - опір 1 Ом.
Речовина Опір (Ом)
Зробимо висновок: найменшим опором володіє мідний дріт, а найбільшим - дріт з ніхрому.
Значить опір провідника залежить від матеріалу.
Фізична величина, що дорівнює опору провідника довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1кв.мм, називається питомим опором речовини. Цю величину можна виміряти дослідним шляхом і скласти спеціальні таблиці. Питомий опір речовини позначається буквою «ро» і на практиці вимірюється в Ом помножене на міліметр в квадраті, ділення на метр.
Наприклад, питомий опір міді дорівнює 0,017 Ом * кв.мм / м.
В системі СІ питомий опір вимірюється в Ом помножене на метр. Наприклад, питомий опір міді в системі СІ дорівнюватиме 0, 000000017 Ом * м.
Досліди показали, що опір металевого дротяного провідника прямо пропорційний його довжині, обернено пропорційно площі поперечного перерізу і залежить від речовини, з якого виготовлений провідник.
Якщо позначити буквою l «ель» - довжину провідника, буквою S «ес» - площа поперечного перерізу провідника, а буквою «ро» - питомий опір провідника, то можна написати формулу, по якій можна обчислити величину опорі провідника, якщо відомо речовина провідника, його довжина і площа поперечного перерізу провідника:
Жодна ланцюг не може обійтися без сполучних проводів. У більшості випадків необхідно, щоб дроти мали малий опір. Тому, з'єднувальні дроти доцільно виготовляти з міді. Часто використовуються алюмінієві дроти, наприклад, електропроводка в квартирах. Це обумовлено тим, що матеріал добре проводить струм, не дорогий і зручний в різних з'єднаннях. Алюміній значно дешевше міді, тому для проводки в житлових приміщеннях використовують алюмінієві дроти. Але у них є великий недолік: вони ламкі. Тому, в конструкціях, де проводи будуть часто згинатися, використовують мідні дроти.
Інший елемент електричного кола носить назву резистор. Виготовляють резистори з дроту, яку намотують на каркас з негорючого матеріалу. Резистори найчастіше використовують, щоб обмежити силу струму в ланцюзі.
Часто при складанні електричного кола потрібно пристрій зі змінним опором. Щоб змінювати опір, найзручніше змінювати його довжину. Саме так змінюють опір в ползункових реостатах.
Всі оптичні прилади можна розділити на дві групи:
1) прилади, за допомогою яких отримують оптичні зображення на екрані (проекційні апарати, фотоапарати, кінопроектори, слайпроектори, мультимедіа);
2) прилади, які діють тільки спільно з людським оком і не утворюють зображень на екрані (лупа, мікроскоп, телескоп, окуляри). Такі прилади називають «візуальними».
Фотоапарат - оптичний складний прилад для отримання зображення предметів (що діє за схемою - системі «око»), зберігання, подальшого перетворення в слайд, фотознімок, проекцію)
Лупа є найпростішим приладом, що дозволяє збільшити кут зору. Це двоопуклої лінзи з невеликою фокусною відстанню (від 1см до 10см)
Мікроскоп - оптичний прилад для розглядання дуже дрібних предметів (в біології - клітини) Мікроскоп заснований на принципі послідовного збільшення кута зору спочатку об'єктивом, а потім - окуляром.
Телескоп призначається для розглядання дуже віддалених предметів (Місяця, планет, зірок). Оптична частина телескопа складається з об'єктива, який збирає світло і створює зображення джерела і окуляра, який розглядає створене зображення і ще збільшує кут зору. Якщо телескоп використовує в якості об'єктива лінзу, то він називається рефрактором.
Якщо телескоп в якості об'єктива використовує увігнуте дзеркало, то він називається рефлектором.
У телескопа діаметр об'єктива у багато разів більше діаметру зіниці, тому в телескоп можна побачити слабкі світяться об'єкти, тому що «Видимість» залежить від зібраної світлової енергії, яка пропорційна площі світиться об'єкта.