Физический смысл сопротивления: Электрическое сопротивление — Википедия – Что такое удельное сопротивление и как оно зависит от температуры :: SYL.ru

Каков физический смысл удельного сопротивления? Укажите единицу измерения удельного сопротивления. Как зависит удельное сопротивление (сопротивление) от температуры?

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать прохождению электрического тока. Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м; также измеряется в Ом·см и Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в СИ: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 м². В технике часто применяется в миллион раз меньшая производная единица: Ом·мм²/м, равная 10−6 от 1 Ом·м: 1 Ом·м = 1·106 Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм. Величина удельного сопротивления обозначается греческой буквой . Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление металлов, зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Температурная зависимость сопротивления проводника объясняется тем, что возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры; изменяется их концентрация при нагревании проводника. Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления и сопротивления проводника от температуры выражаются формулами: ρt=ρ0(1+αt), Rt=R0(1+αt), где ρ0, ρt — удельные сопротивления вещества проводника соответственно при 0 °С и t °C; R0, Rt — сопротивления проводника при 0 °С и t °С, α — температурный коэффициент сопротивления: измеряемый в СИ в Кельвинах в минус первой степени (К-1). Для металлических проводников эти формулы применимы начиная с температуры 140 К и выше.

18. Метод магнетрона для определения удельного заряда электрона (e/m)? Почему при некотором значении тока через соленоид электроны не достигают анода?

Существуют различные методы определение отношения , в основе которых лежат результаты исследования движения электрона в электрическом и магнитном полях. Один из них – метод магнетрона. Называется он так потому, что конфигурация полей в нем напоминает конфигурацию полей в магнетронах – генераторах электромагнитных колебаний сверхвысоких частот. Сущность метода состоит в следующем: специальная двухэлектродная электронная лампа, электроды которой представляют собой коаксиальные цилиндры, помещается внутри соленоида так, что ось лампы совпадает с осью соленоида. Электроны, вылетающие из катода лампы, при отсутствии тока в соленоиде движутся радиально к аноду. При подключении тока к соленоиду в лампе создается магнитное поле, параллельное оси лампы, и на электроны начинает действовать магнитная сила где e — величина заряда электрона; — скорость электрона; — индукция магнитного поля. Под действием этой силы, направленной в каждый момент времени перпендикулярно вектору скорости, траектория электронов искривляется. При определенном соотношении между скоростью электрона и индукцией магнитного поля электроны перестают поступать на анод, и ток в лампе прекращается. Экспериментально определив , можно вычислить величину . Для нахождения в лампе следует установить разность потенциалов между анодом и катодом и, включив ток в соленоиде, постепенно наращивать его, что увеличивает магнитное поле в лампе. Если бы все электроны покидали катод со скоростью равной нулю, то зависимость величины анодного тока от величины индукция магнитного поля имела бы вид. В этом случае при все электроны, испускаемые катодом, достигали бы анода, а при ни один электрон не попадал бы на анод. Однако некоторая некоаксиальность катода и анода, наличие остаточного газа в лампе, падение напряжения вдоль катода, неоднородность поля соленоида по высоте анода и т.д. приводят к тому, что критические условия достигаются для разных электронов при различных значениях . Все же перелом кривой останется достаточно резким и может быть использован для определения . , которое называют критическим.



 

 

Внутреннее сопротивление и его физический смысл

Каждый источник тока имеет собственное внутреннее сопротивление. Электрическая цепь – это замкнутый контур с потребителями, к которому прикладывается напряжение. Каждый такой контур имеет внешнее сопротивление и внутреннее.

Внешним называется сопротивление всей цепи с потребителями и проводниками, а внутреннее сопротивление исходит от самого источника.

Если в качестве источника тока используется электрическая машина, то её внутреннее сопротивление делится на активное, индуктивное и ёмкостное. Активное зависит от длины проводника и его толщины, а также материала, из которого выполнен проводник, и его состояния. Индуктивное зависит от индуктивности катушки (величины её противоЭДС), а емкостное возникает между витками обмотки. Оно является довольно малым. Если в качестве источника используется обычная батарея, то в ней тоже создаётся сопротивление за счёт электролита.внутреннее сопротивление

Ток – это направленное движение частиц, а сопротивление – это создаваемое препятствие на пути его движения. Такие препятствия встречаются и в электролите, и в свинцовых пластинах аккумуляторных батарей, словом, везде, где возникает ток.

Из-за того, что существует внутреннее сопротивление в источнике, нельзя полагать, что напряжение в цепи – это и есть полная электродвижущая сила источника. Конечно, падением напряжения в самом источнике можно пренебречь, однако только в том случае, если оно ничтожно мало.

Если в цепи источника создаются большие токи, то напряжение на зажимах нельзя считать истинной электродвижущей силой. Ток в источнике – это признак падения напряжения в нём. В этом случае действует закон Кирхгофа, который гласит, что истинная ЭДС цепи – это сумма падений напряжений на всех участках, в том числе и в самом источнике. А записывается формула так:

E = ∑U + Ir r

Где:

E – общая электродвижущая сила цепи;
U – падение напряжения на участках цепи;
Ir – внутренний ток, создаваемый в источнике;
r – внутреннее сопротивление источника.

внутреннее сопротивление источникаЧтобы понять физический смысл внутреннего сопротивления источника, следует провести небольшой опыт. Первоначально измеряется электродвижущая сила источника. Это делается путём подключения вольтметра к батарее, которая не находится под нагрузкой. После этого необходимо подключить небольшое сопротивление и последовательно установить амперметр. Таким образом, будет известен ток, при этом надо измерить также напряжение под нагрузкой.

Записав все значения величин, легко определить внутреннее сопротивление. Для этого в первую очередь определяется падение напряжения в батарее. С помощью формулы

Ur = E-U

производим вычисление.

В этой формуле:

Ur – падение напряжения внутреннего сопротивления источника;
E – напряжение (ЭДС), измеренное на источнике без потребителя;
U – напряжение, измеренное непосредственно на сопротивлении.

Таким образом, внутренне сопротивление вычисляется по следующей формуле:

r=Ur/Iвнутреннее сопротивление это

Некоторые специалисты пренебрегают этой величиной, считая, что её можно не учитывать ввиду малого значения. Однако практика показывает, что при сложных расчетах внутреннее сопротивление сильно влияет на конечный результат.

физический смысл температурного коэффициента сопротивления

Физический смысл следующий. Во сколько раз изменится сопротивление при изменении температуры на 1 градус Кельвина. Например. Сопротивление образца при температуре T1=293К (20 гр. Цельсия) равно R1=1000 Ом. При нагревании до температуры T2=303К (30 гр. Цельсия) его сопротивление стало равным R2=980 Ом. То есть при изменении температуры на dT=10К сопротивление изменилось на dR=R2-R1=-20 Ом. Температурный коэффициент сопротивления находится по формуле a=1/R1*dT/dR или a=1/1000*10/(-20)=-0,5/1000=-0,0005 1/К Единица измерения температурного коэффициента — единица деленная на градус Кельвина (1/К) . Обратите внимание, что в примере температурный коэфф. сопротивления оказался отрицательным. Это означает, что сопротивление образца уменьшается с ростом температуры.

смысл — на сколько изменится сопротивление при изменении температуры на единицу

датчики всякие

Не вдаваясь в подробности.. . Эл. ток — это напрвленное движение электронов. Эл. сопротивление — это процесс ограничения этого движения (скорости) за счет различных столкновений (электрон-электрон, электрон — ион) . При увеличении температуры за счет увелич. хаотич. (теплового) движения частота таких столкновений, как правило, растет, т. е. спротивление увеличивается. Сам коэфф. введен для удобства расчетов сопротивления.

В формуле и вычислении ошибка!!! Правильно формула и вычисление выглядит так: a = dR/(R1*dT) = (-20)/(1000*10) = -0,002 1/К или ТКR = dR/(R1*dT)*100% = -0,2% на градус

Применение метода проекта на уроках физики

На современном этапе модернизации образования практическая направленность обучения, проблемное обучение является одной из главных составляющих. «Зачем мы это изучаем? Где мы можем это применить?» – такая мотивация должна присутствовать на каждом уроке. Приоритетное место в результатах обучения дается не столько накоплению новых знаний и привитию навыков и умений, сколько воспитанию творческой личности, способной к самостоятельному получению знаний. Очевидно, что актуальным в педагогическом процессе становится использование таких методов обучения, которые формируют у школьников ключевые образовательные компетенции. Одним из таких методов является метод проекта. Проект – работа, направленная на решение конкретной проблемы, на достижение оптимальным способом заранее запланированного результата. Особенности проектного обучения заключены в активной роли самого ученика, самостоятельности в выполнения им работы и непосредственной значимости решаемой проблемы для учащегося.

Несмотря на ограниченность времени, и на уроках, возможно, создать условия для применения метода проекта и получения учениками « нового» продукта.

На уроках с применением метода проекта я предлагаю конкретные практические задачи по пройденным темам, связанные с необходимостью создания нового продукта и технологии его получения; Для решения таких задач вместе с учащимися выделяю алгоритм действий, составляющий так называемый метод создания нового продукта.

Мои ученики убеждаются в том, что для достижения цели, связанной с созданием «нового» продукта с заданными свойствами, необходимо выполнять действия в определенной последовательности. Данная система действий записывается учениками на отдельный альбомный лист (рабочий лист). Постепенное усложнение решаемых проблем, величина доли самостоятельности учащихся в проектной деятельности, приводит к тому, что в дальнейшем они успешно выполняю так называемые «индивидуальные» проекты, которые создаются соответственно во внеурочное время, так как требуют большого объема работы.

Уроки с применением метода проекта удобно проводит после изучения темы в виде деловой или инновационной игры. Приведу пример проведения урока -деловая игра в 10 классе после прохождения темы «Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры»

Игровой урок-проект: «Конструкторское бюро».

По характеру познавательной деятельности: урок с элементами проблемного обучения.

Формы организации учебной деятельности учеников: индивидуально-групповая.

Задачи урока.

Образовательные: расширить и углубить знания учащихся, по теме: «Зависимость сопротивления проводника от температуры»; продолжить формирование умений применять полученные знания на практике, развивать умения учащихся осуществлять процесс поиска ответов к заданиям, используя теоретические знания.

Воспитательные: формировать у учащихся навыки коллективной работы и сотрудничества в процессе выполнения творческих заданий; развитие коммуникабельности.

Развивающие: развивать исследовательские умения строить гипотезы, осуществлять их проверку, обобщать, делать вывод, способствовать повышению личной уверенности у каждого участника проектного обучения, его самореализации и рефлексии.

Оборудование: металлический провод в виде спирали, спиртовка, соединительные провода, источник питания постоянного напряжения, амперметр ключ, лампа, проектор.

Ход урока

I. Оргмомент.

II. Повторение пройденного материала.

Учитель: Ответьте на вопросы: Как меняется сопротивление металлических проводников с увеличением температуры?

Ученик: Экспериментально было установлено, что с ростом температуры сопротивление проводника растет по линейному закону: ρ = ρ0(1+αt), где α – термический коэффициент сопротивления. У некоторых металлов при нагревании на 100°С сопротивление увеличивается на 40-50%.

Учитель: Каков физический смысл температурного коэффициента сопротивления металла?

Ученик: Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К. Для всех металлических проводников коэффициент α > 0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур. У чистых металлов α ≈ 1/273 K-1.

Учитель: Что представляет собой график зависимости сопротивления от температуры?

Ученик: Вычерчивает график на доске.

Так как α мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры

Учитель: В чем причина зависимости сопротивления металлических проводников от температуры?

Ученик: Увеличение сопротивления объясняется тем, что при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще, теряя пи этом направленность движения.

III. Работа над проектом.

1) Создание проблемной ситуации. Мотивационный этап.

Учитель: Как вы думаете, где можно применить эту зависимость?

Учащиеся: Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такие термометры применяют для измерения очень низких и очень высоких температур.

Учитель: Верно. Познакомимся с требованиями, которые предъявляют к материалам термоэлектрического тела термометра (проектируются на доске):

  1. Зависимость электрического сопротивления от температуры в диапазоне измерения должна быть устойчива, материал должен быть прочным, стойким против коррозии.
  2. Температурный коэффициент электрического сопротивления должен быть высоким и обеспечивать высокую чувствительность термометра.
  3. Температурный коэффициент сопротивления в диапазоне измерения должен быть постоянным и обеспечивать линейную зависимость сопротивления от температуры.
  4. Удельное электрическое сопротивление проводника должно быть высоким и позволять построить термометр с большим сопротивлением при малых габаритных размерах.

Учитель: Обратимся к таблице (проектируется на доске таблица «Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления металлов и сплавов»). Какие металлы лучше всего подходят для создания термометров?

Ученик: Как видно, наилучшим образом выше перечисленным требованиям отвечают платина и медь.

Учитель: Платина применяется в стандартных технических термометрах для измерений в диапазоне температур от -200 до +650° С, а в термометрах специальных конструкций – до + 750°С и даже до 1200°С. Никель и железо, обладающие высокими температурными коэффициентами сопротивления, имеют ограниченное применение главным образом из-за трудности получения этих металлов достаточно свободными от примесей.

2) Организационный этап.

Учитель: А сейчас представьте себе, что наш класс – Конструкторское бюро. Вы получили два заказа: первый от МЧС на создание устройства, сигнализирующего о возникновении пожара; второй – от овощной базы по созданию устройства ,сигнализирующего о похолодании в овощехранилищах. В бюро работают две группы, в каждой их которых свой конструктор, чертежник, монтажники, инженер по технике безопасности и соответственно руководитель группы. Ваша задача – выполнить работу заказчиков. (Распределяются роли между учениками).

3) Исполнительный этап. 

Для разработки устройства воспользуйтесь методом создания нового продукта.

Содержание метода создания нового продукта проектируется на доске в виде плана деятельности. Каждая группа заполняет правую часть таблицы по мере выполнения проекта.

План деятельности Выполнение (1 группа) Выполнение (2 группа)
1. Выделить новый продукт, который необходимо получить. Устройство, сигнализирующее о пожаре в помещение. Устройство, сигнализирующее о похолодании в овощехранилище.
2. Указать, свойства, которыми должен обладать новый продукт. Устройство должно реагировать на повышение или температуры. Устройство должно реагировать на понижение температуры.
3. Объект, из которого можно получить новый продукт. Металлический проводник с большим значением термического коэффициента сопротивления. Металлический проводник с большим значением термического коэффициента сопротивления.
4. Указать свойства выделенного объекта, значимые для получения нового продукта Увеличение удельного сопротивления металлического проводника при повышении температуры. Уменьшение удельного сопротивления металлического проводника при понижении температуры.
5. Перечень необходимого оборудования. Металлический провод в виде спирали, спиртовка, соединительные провода, источник питания, амперметр с нулевой отметкой посредине, ключ, лампа . Металлический провод в виде спирали, спиртовка, соединительные провода, источник питания, амперметр с нулевой отметкой посредине, ключ, электрический звонок.
6. Начертить электрическую схему и собрать модель устройства   
7. Каким требованиям безопасности должен удовлетворять новый продукт? Напряжение источника не более 42В. Напряжение источника не более 42В.

4) Защита проектов.

От каждой группы выступает конструктор для защиты своего устройства.

Ученик: Для создания устройства, мы намотали в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки с большим значением термического коэффициента сопротивления и включили эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь последовательно подключили амперметр, с нулевой отметкой посредине. При нагревании спирали в пламени горелки мы заметили, что показания амперметра уменьшаются. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

Чтобы устройство сигнализировало об изменении температуры, включили в цепь электрическую лампу (вторая группа включила в цепь электрический звонок, усиление сигнала которого говорит об увеличении силы тока, так как при похолодании уменьшается сопротивление проводника).

В своем выступлении ученики должны не только представить свой продукт, но и показать ход рождения мыслей, свои рассуждения, аргументацию в принятии решений, ответить на вопросы товарищей, дать самооценку своей деятельности, то есть предъявить рефлексию своей деятельности.

5) Оценивание проектов.

В конце урока каждому ученику выставляется оценка в журнал. Критериями оценки являются:

  1. результативность проектной деятельности;
  2. активное участие;
  3. логичность изложения;
  4. правильность ответов на вопросы одноклассников и учителя.

Литература: 

  1. Интернет: physel.ru
  2. Стефанова Г.П. Подготовка учащихся к практической деятельности при обучении физики. Пособие для учителя/ Г.П.Стефанова. — Астрахань: Изд-во Астраханский педагог. ин-т, 1994.
  3. Мяишев Г.Я., Буховцев Б.Б, Сотский Н.Н. Физика 10 -М.: Прoсвещение, 2007.

Физический смысл внутреннего сопротивления источника тока. ?

Физический смысл внутреннего сопротивления источника тока можно проиллюстрировать следующим примером. Сравним два химических источника постоянного тока с одинаковым напряжением: Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор напряжением 12 вольт и ёмкостью 55 А·ч Восемь батареек, типоразмера АА, соединенных последовательно. Суммарное напряжение такой батареи 12 вольт, ёмкостью около 1 А·ч Несмотря на одинаковое напряжение, эти источники значительно отличаются при работе на одинаковую нагрузку. Так, автомобильный аккумулятор способен отдать в нагрузку большой ток (для вращения стартера требуется ток 250 ампер) , а цепочка батареек — нет. Относительно небольшая емкость батареек не является причиной: одного ампер-часа в батарейках достаточно для того, чтобы вращать стартер в течение 14 секунд (при токе 250 ампер) . В соответствии с законом Ома при источниках с одинаковым напряжением ток в одинаковой нагрузке также должен быть одинаковым. В приведенном примере это не выполняется потому, что утверждение верно только для идеальных источников ЭДС; реальные же источники в той или иной степени отличаются от идеальных. Для описания степени отличия реальных источников от идеальных применяется понятие внутреннее сопротивление

Его способность влиять на силу тока в цепи (как и любого другого сопротивления).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *