Презентация "Закон ома для цепи" по физике – проект, доклад

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение гимназия №1 г. о. Самары Программа «СТУПЕНИ» Научная конференция учащихся Секция «ФИЗИКА»

«Справедлив ли закон Ома?»

Салахов Азат, ученик 9 «В» класса МБОУ Гимназия №1 г.о. Самара Научный руководитель: Бузова Ольга Валентиновна, к.п.н., учитель физики.

5klass.net

Закона Ома (уточнённый): «Если использовать тщательно отобранные и безупречно подготовленные материалы, то при наличии некоторого навыка из них можно сконструировать электронную цепь, для которой измерения отношения тока к напряжению, даже если они производятся в течение ограниченного времени, дают значения, которые после введения соответствующих поправок оказываются равными постоянной величине» А.М.Б.Розен

Закон Ома: где

- электрическое сопротивление, величина которого зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан

Для однородного цилиндрического проводника:

- длина проводника

- площадь поперечного сечения проводника

- удельное электрическое сопротивление проводника

Схема и фотография экспериментальной установки

Экспериментальная проверка характера связи тока и напряжения в широком диапазоне токов и напряжений

Сопротивление нихромовой спирали R = 6,7 Ом (R=U/I)

Таблица измерений напряжения и силы тока для нихромовой спирали.

Вольт-амперная характеристика для нихромовой спирали.

Теоретическая зависимость – сплошная линия, Экспериментальная зависимость - пунктир

Лампа накаливания напряжением 12 В

Сопротивление лампы R = 38,5 Ом

Таблица измерений напряжения и силы тока для лампы накаливания

Вольт-амперная характеристика для лампы накаливания

Анализ результатов эксперимента:

Погрешность прибора B7-38 при измерении напряжения +-0,28% при измерении силы тока +-0,65%

Cила тока

Вектор плотности тока , который численно равен силе тока через расположенную в данной точке перпендикулярную к направлению движения носителей тока площадку единичной площади . За направление принимается направление вектора cкорости упорядоченного движения положительных носителей.

Связь между векторами и в одной и той же точке проводника. где – напряжённость электрического поля

Выделим мысленно в окрестности точки малый цилиндрический объём, ось которого параллельна , длина цилиндра .

Пусть

- концентрация свободных электронов в металле

- заряд электрона

- средняя скорость дрейфа электронов

Тогда

Через поперечное сечение цилиндра течёт ток силой , напряжение, приложенное к цилиндру равно . Подставим эти значения в формулу .

Приходим к соотношению , где .

После преобразований получаем

где - удельная электрическая проводимость (измеряется в сименсах на метр–1см/м).

Учитывая, что и имеют одинаковое направление,

- закон Ома в дифференциальной форме.

Чтобы определить зависимость электропроводности металла от других физических величин, воспользуемся формулой

Дрейфовая скорость непосредственно перед столкновением:

где - ускорение электрона, а - средняя продолжительность свободного полёта электронов . Тогда среднее значение дрейфовой скорости:

Но , где - скорость теплового движения электронов в отсутствии поля

( )

Подставив полученные выражения в формулу , получаем: , или .

Предположим, что к электронам приложена классическая статистическая механика, то есть средняя энергия поступательного движения молекул газа где - постоянная Больцмана. Тогда . Таким образом, каждое вещество можно характеризовать постоянной для него величиной, называемой температурным коэффициентом сопротивления: , тогда , Где - удельное сопротивление при 273К,

- удельное сопротивление при данной температуре.

Экспериментальная проверка наличия зависимости сопротивления металлов от температуры

Нагревание спирали на открытом пламени - одной спиртовки, - двумя спиртовками. Результаты измерений: U = 1 В - постоянное. Без нагрева I = 150 мА. Нагрев одной спиртовкой I = 146 мА. Нагрев двумя спиртовками I= 141 мА.

Из уменьшения силы тока следует, что сопротивление проводника уменьшается при охлаждении

Эксперимент, доказывающий, что сопротивление проводника уменьшается при охлаждении. Спираль Напряжение - 7 В, сила тока - 1,024 А. После кратковременного обдува спирали воздухом сила тока возросла до 1,05 А. Сопротивление уменьшается. Нелинейность вольтамперных характеристик связана с тем, что сопротивление металлов зависит от температуры. Вывод этот не противоречит закону Ома – зависимость, сформулированная в законе Ома, справедлива только при постоянном сопротивлении. Степень отклонения от закона Ома определяется тем, что температурные коэффициенты сопротивления сильно отличаются: у спирали (нихром) – 55 ^ 10-5 K -1, у лампы (вольфрам) – 510 ^ 10-5 K -1.

Эпиграф к работе точно отражает сущность закона Ома, точнее его экспериментальной проверки

Спасибо за внимание!