Prawo Ohma

0:0

Prawo Ohma dla fragmentu obwodu.





Georg Simon Ohm


Jeżeli przyłożymy napięcie do końców przewodnika, popłynie w nim prąd. Musi istnieć zależność między tymi wielkościami. Okazuje się, że dla szerokiej klasy przewodników (ale nie dla wszystkich) przyroda wybrała najprostszą zależność – proporcjonalność. Mówimy, że takie przewodniki spełniają prawo Ohma. Jak odnaleźć doświadczalnie tę zależność? Należy zmieniać napięcie na końcach przewodnika i sprawdzać, jak wpływa to na natężenie prądu.



Jeżeli przewodnik spełnia prawo Ohma, to graficzna zależność między napięciem i natężeniem wygląda tak:



Każdy realny pomiar obarczony jest błędem. Krzyżyki na wykresie to właśnie błędy mierzonych wielkości: napięcia i natężenia.
Prawo Ohma w postaci wzoru:

„Falka” oznacza proporcjonalność. Dokładniej

Albo

– stały w danych warunkach opór elektryczny.
Trzeba tu dodać, że wiele przewodników nie spełnia prawa Ohma, ale tymi nie będziemy się zbyt wiele zajmować.

Siła elektromotoryczna.



Nazwa tego pojęcia nie jest najszczęśliwiej dobrana. Sugeruje związek z siłą, jaka występuje w prawach Newtona. Należy sobie jasno powiedzieć: siła elektromotoryczna nie ma nic wspólnego z takimi siłami jak ciężkości, tarcia, elektrostatyczną itd.

Co to wobec tego jest? Przyjrzyjmy się temu dokładniej.
Zacznijmy od dziwnego pytania. Po co w obwodzie jest bateryjka, akumulator itp. słowem po co jest źródło prądu?
Na to pytanie różnie można odpowiadać. Rozważmy najprostszy obwód złożony ze źródła i jednego odbiornika.



W oporze , gdy obwód jest zamknięty, nieustannie zachodzi wydzielanie ciepła lub wykonywanie pracy. Energia tracona w ten sposób musi być uzupełniana, jeśli prąd ma nadal płynąć. Jest jeszcze jeden problem. Prąd płynie od wyższego do niższego potencjału, czyli od „plusa” do „minusa”. Tak jest rzeczywiście w przewodach i zewnętrznym oporniku, ale spójrzmy na źródło. Prąd jest zmuszony płynąć tam od „minusa” do „plusa”, czyli niejako „pod prąd”.
Podobnie jest z wodą. Będzie ona płynąć z wyższego do niższego poziomu, ale jeśli chcemy mieć zamknięty obieg, musi nastąpić taki moment, że będzie musiała płynąć pod górę. Co zrobić, by to było możliwe? Zamontować pompę.

Podobnie jest z obwodami elektrycznymi. Rolę pompy pełni źródło – bateryjka, akumulator lub coś w tym rodzaju. Zamiast wody „pompowane” są ładunki. Jasne jest, że jest przy tym wykonywana praca, to właśnie ona uzupełnia traconą energię. Jaka jest ta praca? To zależy jak „pracowite” mamy źródło. Miarą owej „pracowitości” źródła jest właśnie siła elektromotoryczna. Sformułujmy bardziej ścisłą jej definicję. Otóż siła elektromotoryczna to stosunek pracy wykonanej przez źródło podczas „przepompowywania” pewnej porcji ładunku, do wartości tego ładunku.

Jednostka siły elektromotorycznej.
(wolt)


Jednostka jest taka sama jak potencjału lub napięcia. Jak się zastanowić to definicja jest identyczna z definicją różnicy potencjałów.
Dlaczego więc wprowadza się to pojęcie? W definicji różnicy potencjałów w liczniku figuruje praca wykonywana przez siły elektryczne, natomiast w powyższej definicji jest pracą wykonaną przez inne, nieelektryczne siły.
Jakie? To zależy jak skonstruowane jest źródło prądu. Mogą to być siły magnetyczne, pochodzenia chemicznego, związane ze światłem itp.

Prawo Ohma dla całego obwodu.



Zwykłe prawo Ohma dotyczy jakiegoś fragmentu obwodu elektrycznego, przez który płynie prąd.
Nie uwzględnia ono obecności źródeł. Jeśli je uwzględnić, prawo Ohma będzie wyglądać nieco inaczej.

Załóżmy, że do źródła prądu o sile elektromotorycznej podłączono opornik . Samo źródło też ma swój opór (złożone jest przecież z przewodników – przewody, elektrolit itd. – o jakimś oporze), który będziemy nazywać oporem wewnętrznym i oznaczać (czasem ).



Czasami opór wewnętrzny przedstawia się na rysunkach jako mały prostokąt obok symbolu oznaczającego źródło prądu.



Po tym przydługim wstępie czas wreszcie na prawo Ohma dla całego obwodu. Można je sformułować tak:

lub tak:


Zajmijmy się teraz konsekwencjami prawa Ohma dla całego obwodu. Zauważmy, że zwykłe prawo Ohma mówi, że iloczyn to napięcie na końcach opornika .

Zatem

Stąd

Tak zmienia się napięcie na końcach zewnętrznego oporu, gdy zmienia się natężenie prądu (jest to oczywiście spowodowane zmianami oporu ) w obwodzie. Narysujmy wykres tej zależności pamiętając, że i są stałe.



Ze wzoru *) odczytujemy, że napięcie na oporze zewnętrznym jest równe sile elektromotorycznej jeśli pobierany z baterii prąd jest równy zeru. Jest to możliwe, gdy opór zewnętrzny jest nieskończony, czyli bieguny baterii nie są połączone (powietrze, zwłaszcza suche, jest izolatorem). Mówi się czasem, że siła elektromotoryczna jest różnicą potencjałów na biegunach otwartego ogniwa.
Gdy do ogniwa podłączymy opornik popłynie prąd. Im mniejszy będzie opór tym większy prąd, ale jak widać na wykresie, napięcie na oporze zewnętrznym będzie spadać. Natężenie prądu osiągnie maksymalną wartość, gdy napięcie spadnie do zera. To oznacza, że opór zewnętrzny jest zerowy. Zrealizować to można w przybliżeniu łącząc bieguny grubym drutem. Ograniczeniem dla przepływu prądu jest wtedy tylko opór wewnętrzny ogniwa. W takich warunkach mówimy o zwarciu.

Jeśli podłączymy do ogniwa woltomierz, to zmierzy on napięcie na własnych zaciskach, czyli ze wzoru *). Nie mierzy on zatem siły elektromotorycznej, ale mniejszą wartość.

Podobne Następny

Nie jesteś zalogowany!

Inne materiały z tej kategorii

TESTY

Nie znaleziono żadnych materiałów.

ZADANIA


Prawo Ohma. 3.01
Sławomir Jemielity, poziom: łatwy, 1

Prawo Ohma. 3.02
Sławomir Jemielity, poziom: łatwy, 1

Prawo Ohma. 3.03
Sławomir Jemielity, poziom: łatwy, 1

Prawo Ohma. 3.04
Sławomir Jemielity, poziom: średni, 1

Prawo Ohma. 3.05
Sławomir Jemielity, poziom: średni, 1

Prawo Ohma. 3.06
Sławomir Jemielity, poziom: średni, 1


FILMY

Nie znaleziono żadnych materiałów.


Autorem "Prawo Ohma" jest Sławomir Jemielity.
Zabrania się kopiowania, rozpowszechniania i udostępniania materiałów zawartych w Serwisie.

Serwis SOFIZMAT nie odpowiada za treść umieszczanych materiałów, grafik, komentarzy oraz wszelkich innych wpisów pochodzących od użytkowników serwisu.

Korzystanie z witryny www.SOFIZMAT.pl oznacza zgodę na wykorzystywanie
plików cookie, z których niektóre mogą być już zapisane w folderze przeglądarki.