Проектная работа "Исследование закона Ома"
Автор публикации: А. Цирцанов, ученик 9 класса
ГБОУ СОШ №579 ПРИМОРСКОГО РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Пр. Королева, д. 50, к. 3, лит. А
__________________________________________________________________________
Предмет физика
Проектная работа
«Исследование закона Ома»
Обучающегося 8 класса
Цырцанова Андрея Александровича
Руководитель:
Учитель физики
Закревская Вера Борисовна
Санкт-Петербург
2019
Исторический очерк.
Краткая биография Г.С. Ома..........................................................................4
История открытия закона Ома ......................................................................5
Закон Ома.
Общий вид закона Ома ..................................................................................8
Экспериментальный стенд ..........................................................................10
Заключение.............................................................................................11
Список первоисточников......................................................................12
Электричество давно проникло во все сферы нашей жизни. Поэтому изучение законов, связанных с ним, является насущной потребностью для каждого современного человека.
Целью данной работы является исследование закона Ома и демонстрация его действия на собранном мною стенде.
Напряжение, сила тока и сопротивление – физические величины, характеризующие явления, происходящие в электрических цепях. Эти величины связаны между собой. Эту связь впервые изучил немецкий физик Ом.
. Исторический очерк2.1. Краткая биография Г.С. Ома.
Георг Симон Ом родился 16 мая 1787 года в немецком Эрлангене (тогда часть Священной Римской империи).
Мать Георга, Элизабет Мария, происходила из семьи портного, она умерла при родах, когда Георгу исполнилось девять лет.
О
тец его — слесарь Иоганн Вольфганг, весьма развитый и образованный человек, с детства занимался образованием сына, и самостоятельно преподавал ему математику, физику и философию. Он отправил Георга учиться в гимназию, которая курировалась университетом.
По окончании курса в 1805 году Ом начал изучать математические науки в Эрлангенском университете. Уже после трёх семестров в 1806 году, бросив университет, принял место учителя в монастыре Готштадт (ныне в составе швейцарской коммуны Орпунд).
В 1809 покинул Швейцарию и, поселившись в Нейнбурге, всецело посвятил себя изучению математики.
В 1811 году вернулся в Эрланген, уже в том же году сумел закончить университет, защитить диссертацию и получить учёную степень доктора философии. Более того, ему тут же была предложена в университете должность приват-доцента кафедры математики. В этом качестве он проработал до 1813 года, когда принял место преподавателя математики в Бамберге (1813—1817), откуда перешёл на такую же должность в Кельне (1817—1826). Во время пребывания в Кёльне Ом опубликовал свои знаменитые работы по теории гальванической цепи.
Целый ряд неприятностей заставил его в 1826 году покинуть должность (по личному указанию министра образования был уволен с работы в школе за публикацию в газетах своих открытий в области физики). В течение 6 лет, несмотря на весьма стеснённые обстоятельства, Ом посвящает себя исключительно научным работам и лишь в 1833 году принимает предложение занять должность профессора физики в политехнической школе в Нюнберге.
В 1842 году становится членом Лондонского королевского общества. В 1849 году Ом, уже весьма известный, приглашён профессором физики в Мюнхен и назначен там же консерватором физико-математических коллекций академии наук. Он остается здесь до своей смерти, последовавшей (от удара) 6 июля 1854 года. Похоронен на Старом южном кладбище. В Мюнхене в 1892 году воздвигли памятник Ому, а в 1881 году на международном конгрессе электриков в Париже решено было назвать его именем теперь общепринятую единицу электрического сопротивления («один Ом»).
2.2. История открытия закона Ома.
Ученый начал свои экспериментальные исследования с определения относительных величин проводимости различных проводников. Применив метод, который стал теперь классическим, он подключал последовательно между двумя точками цепи тонкие проводники из различных материалов одинакового диаметра и изменял их длину так, чтобы получалась определенная величина тока.
Уже в своих первых опытах Ом заметил, что магнитное действие тока при замыкании цепи произвольной проволокой уменьшается со временем...
Силу тока он измерял с помощью своего рода крутильных весов, образуемых магнитной стрелкой, подвешенной на металлической нити. Когда ток, параллельный стрелке, отклонял ее, Ом закручивал нить, на которой она была подвешена, пока стрелка не оказывалась в своем обычном положении; сила тока считалась пропорциональной углу, на который закручивалась нить.
Условия опыта менялись: заменялись сопротивления и термоэлектрические пары, но результаты все равно сводились к формуле, которая очень просто переходит в известную нам.
Ом проводит опыты и с четырьмя латунными проволоками - результат тот же. «Отсюда следует важный вывод, - пишет Кошманов, - что найденная Омом формула, связывающая физические величины, характеризующие процесс протекания тока в проводнике, справедлива не только для проводников из меди. По этой формуле можно рассчитывать электрические цепи независимо от материала проводников, используемых при этом...
В последующих опытах Ом изучал влияние температуры проводников на их сопротивление. Он вносил исследуемые проводники в пламя, помещал их в воду с толченым льдом и убеждался, что электрическая проводимость проводников уменьшается с повышением температуры и увеличивается с понижением ее».
Появляется в свет знаменитая статья Ома «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера», вышедшая в 1826 году в «Журнале физики и химии».
Появление статьи, содержащей результаты экспериментальных исследований в области электрических явлений, не произвело впечатления на ученых. Никто из них даже не мог предположить, что установленный Омом закон электрических цепей представляет собой основу для всех электротехнических расчетов будущего. В 1827 году в Берлине он опубликовал свой главный труд «Гальваническая цепь, разработанная математически».
Ом вводит понятия и точные определения электродвижущей силы, или «электроскопической силы», по выражению самого ученого, электропроводности и силы тока. Выразив выведенный им закон в дифференциальной форме, приводимой современными авторами, Ом записывает его и в конечных величинах для частных случаев конкретных электрических цепей, из которых особенно важна термоэлектрическая цепь. Исходя из этого, он формулирует известные законы изменения электрического напряжения вдоль цепи.
Раньше всех из зарубежных ученых закон Ома признали русские физики Ленц и Якоби. Они помогли и его международному признанию. При участии русских физиков, 5 мая 1842 года Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью и избрало своим членом. Ом стал лишь вторым ученым Германии, удостоенным такой чести.
3. ЗАКОН ОМА
Закон Ома звучит так: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке (при заданном сопротивлении) и обратно пропорциональна сопротивлению участка (при заданном напряжении): I = U / R, из формулы следует, что U = I*R и R = U / I. Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от напряжения, ни от силы тока, то последнюю формулу надо читать так: сопротивление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к силе протекающего по нему тока. В электрических цепях чаще всего проводники (потребители электрической энергии) соединяются последовательно (например, лампочки в елочных гирляндах) и параллельно (например, домашние электроприборы).
(рис. 1)
При последовательном соединении сила тока в обоих проводниках (лампочках) одинакова: I = I1 = I2, напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжения на первой и второй лампочках: U = U1 + U2. Общее сопротивление участка равно сумме сопротивлений лампочек R = R1 + R2.
Итак, Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока I в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника:
(1)
Коэффициент пропорциональности R, зависящий от геометрических и электрических свойств проводника и от температуры, называется омическим сопротивлением или просто сопротивлением данного участка проводника.
3.2. Экспериментальный стенд.
На собранном мною стенде можно наглядно продемонстрировать действие закона Ома.
В
ращая ручку включённого в электрическую цепь переменного сопротивления (резистора), мы сначала уменьшаем его сопротивление. При этом, согласно формуле, сила тока в цепи соответственно увеличивается: стрелка амперметра отклоняется вправо, лампочка начинает светить ярче.
Вращая ручку резистора в противоположном направлении, мы увеличиваем его сопротивление. В результате сила тока в цепи начинает уменьшаться: стрелка амперметра отклоняется влево, а яркость лампочки уменьшается.
О значении исследований Ома хорошо сказал профессор физики Мюнхенского университета Е. Ломмель при открытии памятника ученому в 1895 году:
"Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы, Ом вырвал у природы так долго скрываемую ею тайну и передал ее в руки современников".
5. Список ПЕРВОИСТОЧНИКОВ
Александр Перышкин.Физика. 8 класс. Учебник. ДРОФА, 2017.
«Википедия»
