ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 8 класс · § 23
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 23. Единица сопротивления. Расчёт сопротивления

Почему длинная тонкая проволока обычно сопротивляется току сильнее короткой толстой?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Почему длинная тонкая проволока обычно сопротивляется току сильнее короткой толстой?

Наблюдаем и объясняем

Геометрия сопротивления

Выбери материал, длину и площадь сечения. Сравни расчёт и форму условной проволоки.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

2 м
0.5 мм²

R = ρl/S; ρ = 0,017; 0,028; 1,1 Ом·мм²/м при условной комнатной температуре. Диаметр на схеме увеличен; нагрев не учитывается.

01

Геометрия проводника

Сопротивление однородной проволоки постоянного поперечного сечения вычисляют по формуле R = ρl/S. Здесь l — длина, S — площадь сечения, ρ — удельное электрическое сопротивление материала. Температура считается заданной.

При увеличении длины заряд проходит более длинный участок. Увеличение площади сечения предоставляет больше параллельных путей для переноса. Формула не относится к произвольному неоднородному изделию без уточнения его формы.

R = ρl/S

Однородный проводник

l вдвое больше

R вдвое больше

S вдвое больше

R вдвое меньше

Сопротивление проволоки зависит от материала, длины и площади сечения.

Диаметр увеличили вдвое: сопротивление уменьшится вдвое?

Нет. Площадь круга пропорциональна квадрату диаметра, поэтому S увеличится в четыре раза, а R уменьшится в четыре раза при прежних l и ρ.

02

Удельное сопротивление и единицы

Удельное сопротивление — характеристика материала при заданных условиях. В СИ его выражают в Ом·м. Для проволок удобно использовать Ом·мм²/м: тогда длину берут в метрах, а площадь — в квадратных миллиметрах.

Для учебного сравнения при комнатной температуре принимаем медь 0,017, алюминий 0,028, нихром 1,1 Ом·мм²/м. Конкретные значения зависят от состава и температуры. Не смешивай эту ρ с плотностью вещества: совпадает буква, но смысл и единицы разные.

Удельное сопротивление и единицы: сравнение
Материалρ, Ом·мм²/мОбычная роль
Медь0,017Проводящие жилы
Алюминий0,028Проводники
Нихром1,1Нагревательные элементы

Единицы ρ, l и S должны быть согласованы.

Как связаны мм² и м²?

1 мм² = 10⁻⁶ м². Поэтому численное значение в Ом·мм²/м в миллион раз больше значения того же удельного сопротивления в Ом·м.

Резисторы — элементы электрической цепи

Нужное сопротивление получают подбором материала и геометрии элемента.

Afrank99 · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.

Детали учебной цепи: источники, провода, резисторы и светодиоды

Сопротивление нагрузки ограничивает ток в учебной цепи.

Mr. D.M.C. Janiththa, admin in phobia.tech · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.

03

Разбор численного примера

Нихромовая проволока длиной 2 м имеет площадь 0,5 мм². При ρ = 1,1 Ом·мм²/м сопротивление R = 1,1·2/0,5 = 4,4 Ом. Единицы сокращаются: (Ом·мм²/м)·м/мм² = Ом.

Если отрезать половину длины при прежнем сечении, получится 2,2 Ом. Если вместо этого взять проволоку вдвое большего сечения, результат также 2,2 Ом. Это разные изменения геометрии с одинаковым влиянием на R.

Данные

ρ = 1,1; l = 2 м; S = 0,5 мм²

Вычисление

R = 1,1·2/0,5

Проверка

4,4 Ом; уменьшение S увеличивает R

Проверка единиц помогает обнаружить ошибку перевода площади.

Почему нельзя подставить диаметр вместо S?

Диаметр измеряется в единицах длины, а S — в единицах площади. Сначала вычисляют S = πd²/4 для круглой проволоки.

04

Материал выбирают под задачу

Для передачи энергии с малыми потерями часто нужен проводник с небольшим сопротивлением. Для нагревательного элемента, напротив, важны нужное сопротивление, допустимая температура и устойчивость материала.

В модели ползунки изменяют только один однородный образец при постоянной температуре. Она не учитывает нагрев и не предназначена для выбора сечения домашней электропроводки: для такого выбора нужны дополнительные нормы и условия.

Материал выбирают под задачу: сравнение
ЦельЧто важно
Передача токаПроводимость и допустимый нагрев
НагревательСопротивление и термостойкость
Измерительный резисторСтабильность свойств

Формула R = ρl/S объясняет тенденции, но не заменяет расчёт реального устройства.

Может ли длинная толстая проволока иметь меньшее R, чем короткая тонкая?

Да. Нужно сравнить отношение l/S и материал; одна длина без площади не определяет результат.

Соберём главное

Шесть выводов

01Сопротивление проволоки зависит от материала, длины и площади сечения.
02Единицы ρ, l и S должны быть согласованы.
03Проверка единиц помогает обнаружить ошибку перевода площади.
04Формула R = ρl/S объясняет тенденции, но не заменяет расчёт реального устройства.
05Табличное удельное сопротивление относится к заданной температуре и составу.
06Для круглого провода площадь вычисляют по диаметру, а не подставляют диаметр напрямую.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Формула сопротивления однородной проволоки?
2. Длину удвоили при прежних ρ и S. R…
3. Площадь сечения удвоили при прежних ρ и l. R…
4. Диаметр круглой проволоки удвоили. При прежних материале, температуре и длине R…
5. ρ = 1,1 Ом·мм²/м, l = 2 м, S = 0,5 мм². R…
6. Если ρ дано в Ом·мм²/м, площадь нужна в…
7. 1 мм² равно…
8. ρ в этой формуле означает…
9. Почему нельзя подставлять диаметр вместо площади?
10. Температура для табличного ρ…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 23. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 23. Расчет сопротивления.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.

↑

Загрузка прогресса…