|
|
|
Различные действия тока, такие, как нагревание
проводника, магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Изменяя силу
тока в цепи, можно регулировать эти действия. Но чтобы управлять током в цепи,
надо знать, от чего зависит сила тока в ней.
Мы
знаем, что электрический ток в цепи - это упорядоченное движение заряженных
частиц в электрическом поле. Чем сильнее действие электрического поля на эти
частицы, тем, очевидно, и больше сила тока в цепи. Но действие поля
характеризуется физической величиной - напряжением. Поэтому можно предположить,
что сила тока зависит от напряжения. Установим, какова эта зависимость, на
опыте.
На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая
из источника тока - аккумулятора, амперметра, спирали из никелиновой проволоки,
ключа и параллельно присоединенного к спирали
вольтметра.
Замыкают цепь и отмечают показания
приборов. Затем присоединяют к первому аккумулятору второй такой же аккумулятор
и снова замыкают цепь. Напряжение на спирали при этом увеличится вдвое, и
амперметр покажет вдвое большую силу тока. При трех аккумуляторах напряжение на
спирали увеличивается втрое, во столько , же раз увеличивается сила тока. Таким
образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение,
приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила
тока в нем. Другими словами, сила тока в проводнике прямо пропорциональна
напряжению на концах проводника.
На рисунке показан
график зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого
проводника. На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси
отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной - сила тока в
амперах.
Зависимость силы тока от напряжения мы уже
установили. На основании опытов было показано, что сила тока в проводнике прямо
пропорциональна напряжению на концах проводника. Следует обратить внимание, что
при проведении опыта сопротивление проводника не менялось, одна и та же спираль
служила участком цепи, на котором измеряли напряжение и силу тока. При
проведении физических опытов, в которых определяют зависимость одной величины от
другой, все остальные величины должны быть постоянными, если они будут
изменяться, то установить зависимость будет сложнее. Поэтому, определяя
зависимость силы тока от сопротивления, напряжение на концах проводника надо
поддерживать постоянным. Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи
от сопротивления, обратимся к опыту.
На рисунке
изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В
эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различными сопротивлениями.
Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За
этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром.
Ниже в таблице приведены результаты опытов с тремя различными проводниками:
В
первом опыте сопротивление проводника 1 Ом и сила тока в цепи 2 А. Сопротивление
второго проводника 2 Ом, т.е. в два раза больше, а сила тока в два раза меньше.
И наконец, в третьем случае сопротивление цепи увеличилось в четыре раза и во
столько же раз уменьшилась сила тока. Напомним, что напряжение на концах
проводников во всех трех опытах было одинаковое, равное 2 В. Обобщая результаты
опытов, приходим к выводу: сила тока в проводнике обратно пропорциональна
сопротивлению проводника.
Зависимость силы тока от напряжения на концах
участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома по имени
немецкого ученого Ома, открывшего этот закон в 1827 г. Закон Ома читается так:
сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого
участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I=U/R здесь I -
сила тока в участке цепи, U - напряжение на этом участке, R - сопротивление
участка.Закон Ома - один из основных физических законов.
На рисунке зависимость силы тока от сопротивления
проводника при одном и том же напряжении на его концах показана графически. На
этом графике по горизонтальной оси в условно выбранном масштабе отложены
сопротивления проводников в омах, по вертикальной - сила тока в амперах. Из
формулы I=U/R- следует, что U=IR и R=U/I.
Следовательно, зная силу тока и сопротивление, можно по закону Ома вычислить
напряжение на участке цепи, а зная напряжение и силу тока - сопротивление
участка. Сопротивление проводника можно определить по формуле R=U/I ,
однако надо понимать, что R - величина постоянная для данного проводника и не
зависит ни от напряжения, ни от силы тока. Если напряжение на данном проводнике
увеличится, например, в 3 раза, то во столько же раз увеличится и сила тока в
нем, а отношение напряжения к силе тока не изменится.
