Legge di Joule-Lenz. Riscaldamento di conduttori mediante corrente elettrica. Legge di Joule-Lenz Relazione con la resistenza

Dipende dall'entità dell'effetto che la corrente può avere sul conduttore, sia esso effetto termico, chimico o magnetico della corrente. Cioè, regolando la forza della corrente, puoi controllarne l'effetto. La corrente elettrica, a sua volta, è il movimento ordinato di particelle sotto l'influenza di un campo elettrico.

Dipendenza da corrente e tensione

Ovviamente, quanto più intenso è il campo che agisce sulle particelle, tanto maggiore sarà l'intensità della corrente nel circuito. Un campo elettrico è caratterizzato da una quantità chiamata tensione. Pertanto, arriviamo alla conclusione che l'intensità della corrente dipende dalla tensione.

Infatti, è stato sperimentalmente possibile stabilire che l'intensità della corrente è direttamente proporzionale alla tensione. Nei casi in cui la tensione nel circuito veniva modificata senza modificare tutti gli altri parametri, la corrente aumentava o diminuiva dello stesso fattore della modifica della tensione.

Collegamento con la resistenza

Tuttavia qualsiasi circuito o sezione di circuito è caratterizzato da un'altra importante grandezza chiamata resistenza alla corrente elettrica. La resistenza è inversamente proporzionale alla corrente. Se si modifica il valore della resistenza in qualsiasi sezione del circuito senza modificare la tensione alle estremità di questa sezione, cambierà anche l'intensità della corrente. Inoltre, se riduciamo il valore della resistenza, la forza attuale aumenterà della stessa quantità. E, viceversa, all'aumentare della resistenza, la corrente diminuisce proporzionalmente.

Formula della legge di Ohm per una sezione di un circuito

Confrontando queste due dipendenze si può giungere alla stessa conclusione a cui arrivò lo scienziato tedesco Georg Ohm nel 1827. Egli collegò insieme le tre quantità fisiche sopra indicate e derivò una legge che porta il suo nome. La legge di Ohm per una sezione di un circuito afferma:

L'intensità della corrente in una sezione di un circuito è direttamente proporzionale alla tensione ai capi di questa sezione e inversamente proporzionale alla sua resistenza.

dove io sono la forza attuale,
U – tensione,
R – resistenza.

Applicazione della legge di Ohm

La legge di Ohm è una di leggi fondamentali della fisica. La sua scoperta un tempo ci ha permesso di fare un enorme passo avanti nella scienza. Attualmente è impossibile immaginare un calcolo molto elementare delle quantità elettriche di base per qualsiasi circuito senza utilizzare la legge di Ohm. L'idea di questa legge non è di dominio esclusivo degli ingegneri elettronici, ma è una parte necessaria della conoscenza di base di ogni persona più o meno istruita. Non c'è da stupirsi che esista un detto: “Se non conosci la legge di Ohm, resta a casa.”

U=IR E R=U/I

È vero, dovrebbe essere chiaro che in un circuito assemblato, il valore di resistenza di una certa sezione del circuito è un valore costante, quindi, quando cambia l'intensità della corrente, cambierà solo la tensione e viceversa. Per modificare la resistenza di una sezione del circuito è necessario rimontare il circuito. Il calcolo del valore di resistenza richiesto durante la progettazione e l'assemblaggio di un circuito può essere effettuato secondo la legge di Ohm, in base ai valori attesi di corrente e tensione che verranno fatti passare attraverso una determinata sezione del circuito.

La legge di Ohm per una sezione di un circuito è una legge sperimentale (empirica) che stabilisce una relazione tra l'intensità di corrente in una sezione di un circuito e la tensione alle estremità di questa sezione e la sua resistenza. La formulazione rigorosa della legge di Ohm per una sezione di un circuito è scritta come segue: l'intensità della corrente nel circuito è direttamente proporzionale alla tensione nella sua sezione e inversamente proporzionale alla resistenza di questa sezione.

La formula della legge di Ohm per una sezione di un circuito è scritta come segue:

I – intensità di corrente nel conduttore [A];

U – tensione elettrica (differenza di potenziale) [V];

R – resistenza elettrica (o semplicemente resistenza) del conduttore [Ohm].

Storicamente, la resistenza R nella legge di Ohm per una sezione del circuito è considerata la caratteristica principale di un conduttore, poiché dipende esclusivamente dai parametri di questo conduttore. Va notato che la legge di Ohm nella forma menzionata è valida per metalli e soluzioni (fusi) di elettroliti e solo per quei circuiti in cui non esiste una fonte di corrente reale o la fonte di corrente è ideale. Una fonte di corrente ideale è quella che non ha una propria resistenza (interna). Puoi saperne di più sulla legge di Ohm applicata a un circuito con una fonte di corrente nel nostro articolo. Concordiamo di considerare la direzione positiva da sinistra a destra (vedi figura sotto). Quindi la tensione nell'area è uguale alla differenza potenziale.

φ 1 - potenziale al punto 1 (all'inizio della sezione);

φ 2 - potenziale al punto 2 (alla fine della sezione).

Se è soddisfatta la condizione φ 1 > φ 2, la tensione U > 0. Di conseguenza, le linee di tensione nel conduttore sono dirette dal punto 1 al punto 2, il che significa che la corrente scorre in questa direzione. È questa direzione della corrente che considereremo I > O positivo.

Consideriamo l'esempio più semplice di determinazione della resistenza su una sezione di un circuito utilizzando la legge di Ohm. Come risultato di un esperimento con un circuito elettrico, vengono visualizzati l'amperometro (un dispositivo che mostra l'intensità della corrente) e il voltmetro. È necessario determinare la resistenza della sezione del circuito.

Secondo la definizione della legge di Ohm per una sezione di un circuito

Quando studiano la legge di Ohm per una sezione di una catena nell'ottavo anno di scuola, gli insegnanti spesso pongono agli studenti le seguenti domande per consolidare il materiale trattato:

Tra quali quantità la legge di Ohm stabilisce una relazione per una sezione di un circuito?

Risposta corretta: tra corrente [I], tensione [U] e resistenza [R].

Oltre alla tensione, perché dipende la forza della corrente?

Risposta corretta: dalla resistenza

In che modo l'intensità della corrente dipende dalla tensione del conduttore?

Risposta corretta: direttamente proporzionale

In che modo la forza attuale dipende dalla resistenza?

Risposta corretta: inversamente proporzionale.

Queste domande vengono poste in modo che gli studenti di terza media possano ricordare la legge di Ohm per le sezioni di un circuito, la cui definizione afferma che l'intensità della corrente è direttamente proporzionale alla tensione alle estremità del conduttore, se la resistenza del conduttore non modifica.

Obiettivi della lezione: comprendere l'applicazione delle quantità fisiche studiate e le quantità che le collegano.

Obiettivi della lezione:

  • Gli studenti dovranno apprendere che la quantità di calore generata da un conduttore percorso da corrente è pari al prodotto del quadrato della corrente, della resistenza del conduttore e del tempo Q=I?Rt;
  • Gli studenti devono imparare a risolvere problemi per trovare la quantità di calore in situazioni specifiche;
  • Consolidare le capacità degli studenti nella risoluzione di problemi computazionali e qualitativi
  • e sperimentale;
  • Formazione negli studenti di un atteggiamento coscienzioso nei confronti del lavoro, positivo
  • attitudine alla conoscenza, educazione alla disciplina, visioni estetiche.

Durante le lezioni

Aggiornamento della conoscenza. L'indagine è frontale.

1. Quali tre quantità sono collegate dalla legge di Ohm?

Io, U, R; corrente, tensione, resistenza.

2. Come è formulata la legge di Ohm?

L'intensità della corrente in una sezione di un circuito è direttamente proporzionale alla tensione ai capi di questa sezione e inversamente proporzionale alla sua resistenza.

3. Come è scritta la formula della legge di Ohm?

4. Unità di misura delle grandezze fisiche incluse nella legge di Ohm.

Ampere, Volt, Ohm.

5. Come esprimere il lavoro di una corrente nel tempo?

6. Cosa si chiama potere?

Per trovare la potenza media della corrente elettrica è necessario dividere il suo lavoro per il tempo P=A/t.

8. Cosa viene considerato un'unità di potenza?

L'unità di misura della potenza è 1 W, pari a 1 J/s, 1 W=1J/s.

9. Quale connessione di conduttori si chiama seriale?

10. Quale valore è lo stesso per tutti i conduttori collegati in serie?

Intensità attuale, I=I 1 =I 2 =I n

11. Come trovare la resistenza totale di un circuito, conoscendo la resistenza dei singoli conduttori, in un collegamento in serie?

R=R1 +R2 +:+Rn.

12. Come trovare la tensione di una sezione di un circuito costituito da conduttori collegati in serie, conoscendo la tensione su ciascuno di essi?

U=U1 +U2 +:+Un.

13. Quale connessione di conduttori è chiamata parallela?

14. Quale valore è lo stesso per tutti i conduttori collegati in parallelo?

Tensione, U=U 1 =U 2 =U n.

15. Come trovare la resistenza totale di un circuito, conoscendo la resistenza dei singoli conduttori, in una connessione parallela?

R=R 1 *R 2 *R n / (R 1 +R 2 +R n).

16. Come trovare la forza attuale in una sezione di un circuito con una connessione parallela?

I=I 1 +I 2 +I n.

17. Elettro-shock chiamato:

movimento ordinato degli elettroni liberi.

18. Formula per calcolare la resistenza del conduttore?

19. L'amperometro è collegato al circuito:

in sequenza.

20. Tutti i consumatori sono sotto la stessa tensione quando:

collegamento parallelo.

21. Indovina l'enigma.

Un ispettore molto severo guarda direttamente dal muro,
Guarda e non batte ciglio. Tutto quello che devi fare è accendere la luce,
Oppure collega il forno -
Tutto sta andando storto. (Contatore elettrico).

E cosa ticchetta il contatore elettrico?

Consumo di energia elettrica.

Dimostrazione dell'esperimento.

Determinazione della potenza di una lampadina.

A=U*I*t=2,6V*1,4A*240s=873,6J.

Q=c*m*(t 2 -t 1) =4200 J/ (kg* 0 C)*0,1 kg*2 0 C=840 J.

Esercizio 27(2) da .

Domanda: A quale scopo i fili nei punti di connessione non sono solo attorcigliati, ma anche saldati? Giustifica la tua risposta.

La corrente in entrambi i fili è la stessa poiché i conduttori sono collegati in serie.

Se il punto di contatto di due conduttori non è saldato, la sua resistenza sarà piuttosto elevata rispetto alla resistenza dei conduttori stessi. Quindi la maggior quantità di calore verrà rilasciata nel luogo. Ciò porterà alla fusione del punto di contatto tra i due conduttori e all'apertura del circuito elettrico.

Formulazione della legge di Joule-Lenz.

La quantità di calore generata da un conduttore percorso da corrente è pari al prodotto del quadrato della corrente, della resistenza del conduttore e del tempo.

Organizzazione di attività indipendenti degli studenti.

Opzione.

1. Come cambierà la quantità di calore rilasciata da un conduttore percorso da corrente se la corrente nel conduttore viene raddoppiata?

R. Aumenterà di 2 volte. B. Diminuirà di 2 volte. B. Aumenterà 4 volte.

Risposta. Secondo la legge di Joule-Lenz Q=I 2 *R*t, quindi aumenterà di 4 volte.

B. Aumenterà 4 volte.

2. Quanto calore rilascerà una spirale di filo con una resistenza di 20 Ohm in 30 minuti se la corrente nel circuito è 2A?

A. 144000 J. B. 28800 J. B. 1440 J.

Risposta. A.144000J.

3. I fili di rame e nicromo, aventi le stesse dimensioni, sono collegati in parallelo e collegati a una sorgente di corrente. Quale rilascerà più calore?

A. Nicromo. B. Rame. B. Lo stesso.

Risposta. B. Rame.

Opzione II.

1. Come cambierà la quantità di calore generata da un conduttore percorso da corrente se l'intensità della corrente viene ridotta di 4 volte?

R. Diminuirà di 2 volte. B. Diminuirà di 16 volte. B. Aumenterà 4 volte.

Risposta. Secondo la legge di Joule-Lenz, Q=I 2 *R*t, quindi diminuirà di 16 volte.

B. Diminuirà di 16 volte.

2. In un forno elettrico con una tensione di 220 V, la corrente è di 30 A. Quanto calore rilascerà il forno in 10 minuti?

A. 40000 J. B. 39600 J. B. 3960000 J.

Risposta. 3960000 J.

3. Fili di nichel e acciaio aventi le stesse dimensioni sono collegati in serie e collegati a una sorgente di corrente. Quale rilascerà più calore?

A. Nikelinovaya. B. Acciaio. B. Lo stesso.

Risposta. Nichel.

Compito aggiuntivo.

Problemi da .

Risposta. 500 J.

Compiti a casa.

Paragrafo 53, esercizio 27 (1, 3) dell'art.

Bibliografia:

  1. Libro di testo "Fisica", 8a elementare. AV. Peryškin.
  2. "Raccolta di problemi di fisica". IN E. Lukashik.

Quando un circuito esterno è collegato a una sorgente di corrente, il campo elettrico si propaga lungo il conduttore alla velocità della luce e le cariche libere in esso contenute iniziano quasi contemporaneamente a muoversi in modo ordinato. La corrente appare nel circuito.

Le leggi fondamentali della corrente continua furono stabilite nel 1826-1827 dallo scienziato tedesco Georg Ohm e quindi portano il suo nome.

Consideriamo una sezione non uniforme del circuito in cui agisce la FEM. Indichiamo la fem nella sezione 1-2 con ε 12 e la differenza di potenziale applicata alle estremità della sezione con φ 1 -φ 2. Il lavoro delle forze A 12 (esterne e di Coulomb) eseguito sui portatori di corrente è, secondo Sul sito risalta la legge di conservazione e trasformazione dell'energia, pari al calore. Il lavoro della forza compiuto quando si sposta una carica nella sezione 1-2 è uguale a

A 12 = Q= q 0 ε 12 + q 0 (φ 1 -φ 2) (13.12)

Nel tempo, il calore viene rilasciato nel conduttore

Dove
(13.14)

Così, legge di Ohm generalizzata, O Legge di Ohm per una sezione non uniforme di un circuito(sezione del circuito contenente la sorgente EMF) recita:

L'intensità di corrente in una sezione non uniforme del circuito è direttamente proporzionale alla somma della fem e della differenza di potenziale alle estremità di questa sezione e inversamente proporzionale alla sua resistenza totale

(13.15)

dove r è la resistenza interna della sorgente EMF, R è la resistenza del circuito esterno.

Applicando la legge di Ohm generalizzata all'una o all'altra sezione attiva del circuito, dovresti prima selezionare la direzione di bypass di questa sezione, accettando di considerare una delle sue estremità come la prima (con potenziale φ 1), e l'altra come seconda (con potenziale - φ 2). Se questa direzione coincide con la direzione della corrente che scorre nell'area, l'intensità della corrente è considerata positiva (I>0), altrimenti negativa (I<0). ЭДС на рассматриваемом участке положительна тогда, когда направление обхода совпадает с направлением стороннего поля в источнике (это поле в нём направлено от отрицательного полюса к положительному); если же эти направления не совпадают, ЭДС считается отрицательной.

Dalla legge di Ohm generalizzata si possono ricavare altre due leggi.

La legge di Ohm per chiuso ( Ocompleta) catena :

L'intensità della corrente in un circuito chiuso è direttamente proporzionale alla fem e inversamente proporzionale alla sua resistenza totale

(13.16)

Poiché le estremità di un circuito chiuso sono collegate e i potenziali φ 1 e φ 2 su di essi diventano uguali, la differenza di potenziale φ 1 – φ 2 = 0

La legge di Ohm per un circuito chiuso può essere scritta come

ε 12 =IR+Ir (13.17)

dove IR e Ir sono rispettivamente la caduta di tensione sulle sezioni esterna ed interna del circuito

Il collegamento delle sorgenti ad una batteria può essere seriale o parallelo.

In una connessione in serie, due sorgenti adiacenti sono collegate da poli opposti.

    Quando collegate in serie, la fem della batteria è pari alla somma delle fem delle singole sorgenti che compongono la batteria.

Forza attuale in un tale circuito

(13.18)

    Se colleghi tutti i poli positivi e tutti quelli negativi di due fonti, tale connessione di fonti di energia viene chiamata parallela. In pratica, le sorgenti con solo la stessa FEM sono sempre collegate in parallelo.

Quando si collegano fonti identiche di energia elettrica in parallelo, la fem della batteria è uguale alla fem di una fonte.

Quindi secondo la legge di Ohm

(13.19)

Consideriamo due casi limite in cui la resistenza esterna risulta essere molto grande o, al contrario, trascurabilmente piccola .

    R→∞ (oR >> R). Una situazione simile si verifica quando il circuito esterno è spento, ad es. quando i poli della sorgente di corrente sono aperti e tra loro è presente uno spazio d'aria attraverso il quale non scorre corrente. Sostituendo I=0 nella legge di Ohm generalizzata, otteniamo φ 1 – φ 2 = ε 12. Ciò significa che la tensione ai poli di una sorgente di corrente aperta è uguale alla sua fem.

    R→0 (oR<<R). Una situazione simile si verifica durante un cortocircuito. In questo caso la corrente aumenta fino a raggiungere un valore

A che può superare il valore consentito per un dato circuito. Un improvviso aumento di corrente durante un cortocircuito può portare a una grande generazione di calore. L'intensità del campo all'interno della batteria scompare. I cavi potrebbero sciogliersi o diventare molto caldi e causare un incendio e la fonte di alimentazione potrebbe guastarsi. Per evitare ciò, vengono utilizzati i fusibili.

Legge di Ohm per una sezione omogenea del circuito (sezione non contenente EMF) : La corrente in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore.

Grandezza

chiamato conduttività elettrica del conduttore . L'unità di conduttività è Siemens (Cm).

L’ignoranza della legge non è una scusa.
Aforisma

Mi chiedo quali leggi verranno discusse nella lezione numero tre. Esiste davvero un'intera montagna o addirittura un mucchio di queste leggi nell'ingegneria elettrica e devono essere tutte ricordate? Ora lo scopriremo. Ciao, carissimi! Probabilmente molti di voi stanno già guardando la prossima lezione con l'irritazione negli occhi e pensando tra sé e sé: "Che noia!", e magari pensando addirittura di lasciare le nostre file ordinate? Non avere fretta, tutto è solo all'inizio! La fase iniziale è sempre noiosa... Da questa lezione verranno tutte le cose più interessanti. Oggi ti dirò chi è un amico e chi è un nemico nell'ingegneria elettrica, cosa succederà se svegli uno studente di elettronica nel cuore della notte e come capire metà dell'ingegneria elettrica con un dito. Interessante? Allora andiamo!

Abbiamo incontrato il nostro primo amico nell'ultima lezione: questa è la forza attuale. Caratterizza l'elettricità in termini di velocità di trasferimento della carica da un punto dello spazio a un altro sotto l'influenza di un campo. Ma, come è stato notato, la forza della corrente dipende anche dalle proprietà del conduttore attraverso il quale questa corrente “corre”. L'intensità della corrente è direttamente influenzata dalla conduttività elettrica del materiale. Ora immaginiamo un conduttore (andrà bene quello in Figura 3) con gli elettroni che si muovono al suo interno. Direi che il principale svantaggio dell'elettrone è la mancanza di un volante. A causa di questo inconveniente, il movimento degli elettroni è determinato solo dal campo che agisce su di essi e dalla struttura del materiale in cui si muovono.

Poiché gli elettroni "non sanno come" girare, alcuni di essi possono scontrarsi con i nodi del reticolo cristallino che fluttuano sotto l'influenza della temperatura, perdono la loro velocità a causa della collisione e quindi riducono la velocità di trasferimento della carica, cioè riducono la forza attuale. Alcuni elettroni possono perdere così tanta energia da "attaccarsi" allo ione e trasformarlo in un atomo neutro. Ora, se aumentiamo la lunghezza del conduttore, è ovvio che aumenterà anche il numero di tali collisioni e gli elettroni emetteranno ancora più energia, cioè la forza attuale diminuirà. Ma all'aumentare dell'area della sezione trasversale del conduttore, aumenta solo il numero di elettroni liberi e il numero di collisioni per unità di area praticamente non cambia, quindi, all'aumentare dell'area, aumenta anche la corrente. Quindi, abbiamo scoperto che la conduttività elettrica (non è più diventata specifica, poiché tiene conto delle dimensioni geometriche di un particolare conduttore) dipende immediatamente da tre caratteristiche del conduttore: lunghezza, area della sezione trasversale e materiale.

Tuttavia, quanto meglio un materiale conduce la corrente elettrica, tanto meno “resiste” al suo passaggio. Queste affermazioni sono equivalenti. È tempo di incontrare il nostro secondo amico: la resistenza elettrica. Questo è il reciproco della conducibilità e dipende dalle stesse caratteristiche del conduttore.

Figura 3.1 – Da cosa dipende la resistenza del conduttore?

Per tenere conto nel calcolo numerico dell'influenza del tipo di sostanza sulla sua resistenza elettrica, è stato introdotto il valore della resistenza elettrica specifica, che caratterizza la capacità di una sostanza di condurre corrente elettrica. Si noti che le definizioni di conduttività elettrica e resistenza elettrica sono identiche, così come le affermazioni sopra. La resistività è definita come la resistenza di un conduttore con una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 m 2. È designato dalla lettera latina ρ (“rho”) e ha la dimensione Ohm m Ohm è un'unità di misura della resistenza, che è il reciproco di Siemens. Inoltre, per determinare la resistività, si può utilizzare la dimensione Ohm mm 2 /m, che è un milione di volte più piccola della dimensione principale.
Pertanto, la resistenza elettrica di un conduttore può essere descritta in termini di proprietà geometriche e fisiche come segue:

dove ρ è la resistività elettrica del materiale conduttore;
l – lunghezza del conduttore;
S è l'area della sezione trasversale del conduttore.

Dalla dipendenza è chiaro che la resistenza del conduttore aumenta con l'aumentare della lunghezza del conduttore e diminuisce con l'aumentare della sezione trasversale, e dipende anche direttamente dal valore della resistività del materiale.

Ora ricordiamo che l'entità della corrente nel conduttore è influenzata dalla forza del campo elettrico, sotto l'influenza del quale nasce la corrente elettrica. Oh, quanti milioni di migliaia di volte è già stato detto che la corrente elettrica nasce sotto l'influenza di un campo elettrico! Questo fatto dovrebbe essere sempre tenuto presente. Esistono ovviamente altri modi per creare corrente, ma per ora considereremo solo questo. Come accennato in precedenza, un aumento dell'intensità del campo porta ad un aumento della corrente, e più recentemente abbiamo scoperto che maggiore è l'energia che un elettrone trattiene quando si muove lungo un conduttore, maggiore è il valore della corrente elettrica. Dal corso della meccanica è noto che l'energia di un corpo è determinata dalla sua energia cinetica e potenziale. Quindi, una carica puntiforme posta in un campo elettrico ha solo energia potenziale nell'istante iniziale (poiché la sua velocità è zero). Per caratterizzare tale energia potenziale di campo posseduta dalla carica è stato introdotto il valore del potenziale elettrostatico, pari al rapporto tra l'energia potenziale e il valore della carica puntiforme:

dove W p è l'energia potenziale,
q è l'entità della carica puntiforme.

Dopo che la carica è stata influenzata da un campo elettrico, inizierà a muoversi ad una certa velocità e parte della sua energia potenziale si trasformerà in energia cinetica. Pertanto, in due punti del campo, la carica avrà valori di energia potenziale diversi, ovvero due punti del campo possono essere caratterizzati da valori potenziali diversi. La differenza potenziale è definita come il rapporto tra la variazione dell'energia potenziale (lavoro sul campo perfetto) e il valore della carica puntiforme:

Inoltre, il lavoro sul campo non dipende dal percorso di movimento della carica e caratterizza solo l'entità della variazione di energia potenziale. La differenza di potenziale è anche chiamata tensione elettrica. La tensione è solitamente indicata con la lettera inglese U (“y”), l'unità di misura della tensione è il valore volt (V), dal nome del fisico e fisiologo italiano Alessandro Volta, che inventò la prima batteria elettrica.

Bene, abbiamo incontrato tre amici inseparabili nell'ingegneria elettrica: ampere, volt e ohm oppure corrente, tensione e resistenza. Qualsiasi componente in un circuito elettrico può essere caratterizzato in modo univoco utilizzando queste tre caratteristiche elettriche. La prima persona che li incontrò e diventò amico di tutti e tre contemporaneamente fu Georg Ohm, il quale scoprì che tensione, corrente e resistenza sono legate tra loro da un certo rapporto:

che in seguito venne chiamata legge di Ohm.


L'intensità della corrente elettrica in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione alle estremità del conduttore e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore.

Devi conoscere questa formulazione dalla lettera maiuscola C al punto alla fine. Si dice che la prima frase di qualunque studente di ingegneria elettronica svegliato nel cuore della notte sarà proprio la formulazione della legge di Ohm. Questa è una delle leggi fondamentali dell'ingegneria elettrica. Questa formulazione è detta integrale. Oltre a ciò esiste anche una formulazione differenziale che riflette la dipendenza della densità di corrente dalle caratteristiche del campo e del materiale conduttore:

dove σ è la conduttività del conduttore,
E – intensità del campo elettrico.

Questa formulazione consegue dalla formula riportata nella seconda lezione e differisce da quella integrale in quanto non tiene conto delle caratteristiche geometriche del conduttore, tenendo conto solo delle sue caratteristiche fisiche. Questa formulazione è interessante solo da un punto di vista teorico e non trova applicazione nella pratica.
Per memorizzare e utilizzare rapidamente la legge di Ohm, puoi utilizzare il diagramma mostrato nella figura seguente.

Figura 3.2 – Legge “triangolare” di Ohm

La regola per utilizzare il diagramma è semplice: basta chiudere il valore desiderato e altri due simboli daranno la formula per calcolarlo. Per esempio.

Figura 3.3 – Come ricordare la legge di Ohm

Abbiamo finito con il triangolo. Vale la pena aggiungere che la legge di Ohm è chiamata solo una delle formule presentate sopra, quella che riflette la dipendenza della corrente dalla tensione e dalla resistenza. Le altre due formule, pur essendone le conseguenze, non hanno alcun significato fisico. Quindi non confonderti!
Una buona interpretazione della legge di Ohm è un disegno che riflette più chiaramente l'essenza di questa legge:

Figura 3.4 – La Legge di Ohm in modo chiaro

Come possiamo vedere, questa figura mostra solo tre dei nostri nuovi amici: Ohm, Ampere e Volt. Volt cerca di spingere Ampere attraverso la sezione trasversale del conduttore (l'intensità della corrente è direttamente proporzionale alla tensione) e Ohm, al contrario, interferisce con questo (ed è inversamente proporzionale alla resistenza). E più Ohm “tira” il conduttore, più difficile sarà il passaggio di Ampere. Ma se Volt calcia più forte...

Resta da capire perché il termine “molte leggi” appare nel titolo della lezione, perché abbiamo una legge: la legge di Ohm. Bene, in primo luogo, ci sono due formulazioni per questo, in secondo luogo, abbiamo imparato solo la cosiddetta legge di Ohm per una sezione del circuito, ma esiste anche la legge di Ohm per un circuito completo, che vedremo nella prossima lezione, in terzo luogo abbiamo almeno due corollari della legge di Ohm, che ci permettono di trovare il valore della resistenza di una sezione di un circuito e la tensione in questa sezione. Quindi esiste una sola legge, ma può essere utilizzata in diversi modi.

Infine, ti dirò un altro fatto interessante. 10 anni dopo la comparsa della "legge di Ohm", un fisico francese (e il lavoro di Ohm non era ancora conosciuto in Francia) giunse alle stesse conclusioni sulla base di esperimenti. Ma gli fu fatto notare che la legge da lui stabilita risale al 1827 è stato scoperto da Ohm. Si scopre che gli scolari francesi studiano ancora la legge di Ohm con un nome diverso: per loro è la legge di Poulier. Proprio così. Questo conclude la lezione successiva. Ci vediamo!

  • Qualsiasi sezione o elemento di un circuito elettrico può essere caratterizzato in modo inequivocabile utilizzando tre caratteristiche: corrente, tensione e resistenza.
  • Resistenza (R)– una caratteristica di un conduttore che riflette il grado della sua conduttività elettrica e dipende dalle dimensioni geometriche del conduttore e dal tipo di materiale di cui è costituito.
  • Tensione (U)– uguale alla differenza di potenziale; un valore pari al rapporto tra il lavoro del campo elettrico per spostare una carica puntiforme da un punto dello spazio a un altro.
  • Corrente, tensione e resistenza sono legate dal rapporto I=U/R, chiamato legge di Ohm (l'intensità della corrente elettrica in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione ai capi del conduttore e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore ).

E anche problemi:

  • Se tirando la lunghezza del filo raddoppia, come cambierà la sua resistenza?
  • Quale conduttore presenta più resistenza: un'asta di rame piena o un tubo di rame avente un diametro esterno pari al diametro dell'asta?
  • La differenza di potenziale ai capi del conduttore di alluminio è di 10V. Determina la densità di corrente che scorre attraverso il conduttore se la sua lunghezza è 3 m.