W budowie
Pomiń nawigację
Prezentacja modułu

Moduł 07 — Od czego zależy opór elektryczny? Rezystywność i reostaty — kurs Prąd elektryczny stały (kurs podstawowy)

Moduł 06 kursu Prąd elektryczny stały: wzór na opór R = ρ·l/S, opór właściwy (rezystywność), wpływ temperatury oraz zasada działania oporników suwakowych (reostatów).

  • 45 min
  • 17 slajdów
  • Notatki nauczyciela: N
  • Strona modułu: otwórz
Plan · 45 min

Co dziś robimy

  1. 5 minCztery czynniki decydujące o oporze przewodnika Poznasz czynniki wpływające na opór elektryczny przewodnika: długość $l$, pole przekroju…
  2. 8 minOpór właściwy (rezystywność) $\rho$ i jego jednostki Linie wysokiego napięcia biegną przez cały kraj, często na trasach o długości setek…
  3. 6 minOporniki suwakowe (reostaty) i potencjometry Technika: pokrętło głośności w starszym radiu i ściemniacz światła działają podobnie —…
  4. 5 minRysunek: budowa i schemat reostatu suwakowego teza, kod i pytanie kontrolne
  5. 10 minAnimacja: laboratorium badania parametrów przewodnika W akumulatorze ołowiowym elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego.
  6. 6 minPrzykłady obliczeniowe z pełnym rozwiązaniem Wypisujemy dane: $l = 40\text{ m}$, $S = 2\text{ mm}^2$, $\rho = 0{,}017\ \frac{\Omega…
  7. 5 minPodsumowanie bilet wyjściowy i zadanie domowe
Atom 1 z 7 · ~5 min

Cztery czynniki decydujące o oporze przewodnika

Dlaczego kable zasilające w ścianach są grube i wykonane z miedzi, a spiralę w tosterze robi się z cienkiego drutu oporowego? Jak obliczyć opór przewodu na podstawie jego wymiarów i jak działa suwakowy regulator prądu?

  • Poznasz czynniki wpływające na opór elektryczny przewodnika: długość $l$, pole przekroju $S$, rodzaj materiału i temperaturę.
  • Nauczysz się stosować wzór konstrukcyjny na opór: $R = \rho \cdot \frac{l}{S}$.
  • Zrozumiesz pojęcie oporu właściwego (rezystywności) $\rho$ i poznasz jego jednostkę w układzie SI ($\Omega \cdot \text{m}$).
  • Poznasz zasadę działania reostatu suwakowego i potencjometru jako regulowanych oporników nastawnych.
Sprawdzenie · atom 1 · ~2 min

Pytanie do klasy

Która wielkość geometryczna przewodnika jest wprost proporcjonalna do jego oporu elektrycznego?

Atom 2 z 7 · ~8 min

Opór właściwy (rezystywność) $\rho$ i jego jednostki

Opór właściwy to cecha materiałowa określająca opór przewodu o długości $1\text{ m}$ i polu przekroju $1\text{ m}^2$ (lub $1\text{ mm}^2$). Ze wzoru na $R$ otrzymujemy jednostkę w układzie SI:

  • Linie wysokiego napięcia biegną przez cały kraj, często na trasach o długości setek kilometrów.
  • Biologia: organizm też transportuje płyny przez przewody — naczynia krwionośne.
  • Im dłuższe i węższe naczynie, tym większy stawia opór przepływowi krwi.
  • W praktyce inżynierskiej i szkolnej, ponieważ przekroje drutów podaje się zwykle w milimetrach kwadratowych ($\text{mm}^2$), a długość w metrach ($\text{m}$), wygodnie…
Zestawienie · atom 2 · ~3 min

Opór właściwy (rezystywność) $\rho$ i jego jednostki

Opór właściwy to cecha materiałowa określająca opór przewodu o długości $1\text{ m}$ i polu przekroju $1\text{ m}^2$ (lub $1\text{ mm}^2$). Ze wzoru na $R$ otrzymujemy jednostkę w układzie SI:

Materiał Opór właściwy $\rho$ [$10^{-8}\ \Omega \cdot \text{m}$] Zastosowanie w technice
Srebro $1{,}6$ Styki przekaźników najwyższej jakości, audiofilskie złącza
Miedź $1{,}7$ Kable instalacji elektrycznych, uzwojenia silników i transformatorów
Aluminium $2{,}8$ Napowietrzne linie energetyczne wysokiego napięcia (niska masa)
Wolfram $5{,}5$ Włókna tradycyjnych żarówek (wytrzymuje temp. do 3000 °C)
Żelazo / Stal $10{,}0$ Szyny kolejowe (jako przewód powrotny), konstrukcje uziemień
Nichrom (stop Ni-Cr) $100 - 110$ Elementy grzejne: żelazka, tostery, suszarki, piece akumulacyjne
Sprawdzenie · atom 2 · ~2 min

Pytanie do klasy

Jaka jest jednostka oporu właściwego (rezystywności) w układzie SI?

Atom 3 z 7 · ~6 min

Oporniki suwakowe (reostaty) i potencjometry

Skoro opór drutu zależy wprost proporcjonalnie od jego długości ($R \sim l$), możemy zbudować urządzenie do płynnej regulacji prądu: reostat suwakowy .

  • Technika: pokrętło głośności w starszym radiu i ściemniacz światła działają podobnie — zmieniają opór lub podział napięcia w obwodzie.
  • W nowoczesnych urządzeniach częściej stosuje się układy elektroniczne, ale zasada „mniejszy opór — większy prąd” pozostaje ta sama.
  • Na ceramiczny wałek nawija się drut oporowy o dużej rezystywności (np.
  • W poprzedniej sekcji poznaliśmy rezystywność i wzór $R = \rho \cdot l/S$.
Sprawdzenie · atom 3 · ~2 min

Pytanie do klasy

Na czym polega regulacja oporu w reostacie suwakowym?

Ilustracja · atom 4 · ~3 min

Rysunek: budowa i schemat reostatu suwakowego

Ceramiczny rdzeń izolacyjny Zacisk B (suwak) Zacisk A Ślizgacz (ruchomy) Czynny odcinek drutu (długość l₁) Symbol
Zasada działania reostatu suwakowego: przesunięcie ślizgacza zmienia długość włączonego odcinka drutu oporowego.
Sprawdzenie · atom 4 · ~2 min

Pytanie do klasy

Co przedstawia zielony odcinek oznaczony na rysunku jako l₁?

Atom 5 z 7 · ~10 min

Animacja: laboratorium badania parametrów przewodnika

Eksperymentuj z długością przewodu, jego polem przekroju oraz rodzajem metalu. Zobacz, jak zmienia się opór $R = \rho \cdot l / S$ oraz jak wpływa to na prąd w obwodzie i jasność podłączonej żarówki:

  • W akumulatorze ołowiowym elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego.
Symulacja · atom 5 · ~4 min

Animacja: laboratorium badania parametrów przewodnika

Sprawdzenie · atom 5 · ~2 min

Pytanie do klasy

W symulacji ustawiono długość 5 m, przekrój 1 mm² i miedź o rezystywności 0,017 Ω·mm²/m. Jaki opór pokaże układ?

Atom 6 z 7 · ~6 min

Przykłady obliczeniowe z pełnym rozwiązaniem

Treść zadania: Miedziany przewód przedłużacza ogrodowego ma długość $l = 40\text{ m}$ i pole przekroju poprzecznego $S = 2\text{ mm}^2$. Opór właściwy miedzi wynosi $\rho = 0{,}017\ \frac{\Omega \cdot \text{mm}^2}{\text{m}}$.

  • Wypisujemy dane: $l = 40\text{ m}$, $S = 2\text{ mm}^2$, $\rho = 0{,}017\ \frac{\Omega \cdot \text{mm}^2}{\text{m}}$. Szukane: $R$.
  • Stosujemy wzór konstrukcyjny: \[ R = \rho \cdot \frac{l}{S} \]
  • Podstawiamy dane liczbowe: \[ R = 0{,}017\ \frac{\Omega \cdot \text{mm}^2}{\text{m}} \times \frac{40\text{ m}}{2\text{ mm}^2} = 0{,}017 \times 20\ \Omega = 0{,}34\…
  • Odpowiedź: Opór przewodu przedłużacza wynosi $0{,}34\ \Omega$. (Jest to mała wartość, dzięki czemu straty energii i nagrzewanie kabla są minimalne).
Rozwiązanie:
  1. Wypisujemy dane: $l = 40\text{ m}$, $S = 2\text{ mm}^2$, $\rho = 0{,}017\ \frac{\Omega \cdot \text{mm}^2}{\text{m}}$. Szukane: $R$.
  2. Stosujemy wzór konstrukcyjny: \[ R = \rho \cdot \frac{l}{S} \]
  3. Podstawiamy dane liczbowe: \[ R = 0{,}017\ \frac{\Omega \cdot \text{mm}^2}{\text{m}} \times \frac{40\text{ m}}{2\text{ mm}^2} = 0{,}017 \times 20\ \Omega = 0{,}34\ \Omega \]
  4. Odpowiedź: Opór przewodu przedłużacza wynosi $0{,}34\ \Omega$. (Jest to mała wartość, dzięki czemu straty energii i nagrzewanie kabla są minimalne).
Sprawdzenie · atom 6 · ~2 min

Pytanie do klasy

Miedziany przewód przedłużacza ma 40 m długości i 2 mm² przekroju, a rezystywność miedzi wynosi 0,017 Ω·mm²/m. Ile wynosi opór tego przewodu?

Zamknięcie · ~3 min

Co zabrać z lekcji

  • Poznasz czynniki wpływające na opór elektryczny przewodnika: długość $l$, pole przekroju $S$, rodzaj materiału i temperaturę.
  • Przykład z geografii.
  • Technika: pokrętło głośności w starszym radiu i ściemniacz światła działają podobnie — zmieniają opór lub podział napięcia w obwodzie.
  • Rysunek: budowa i schemat reostatu suwakowego
Bilet wyjściowy: Dlaczego połowa przeciętego drutu ma opór dwa razy mniejszy od całości?
Odpowiedź: a) Ponieważ opór jest wprost proporcjonalny do długości przewodnika