Закон Ома. Історія відкриття. Різні види закону Ома

реферат

Закон Ома. Історія відкриття. Різні види закону Ома.

Зміст.

1. Загальний вигляд закону Ома.

2. Історія відкриття закону Ома, коротка біографія вченого.

3. Види законів Ома.

Закон Ома встановлює залежність між силою струму I в провіднику і різницею потенціалів (напругою) U між двома фіксованими точками (перерізами) цього провідника:

(1)

Коефіцієнт пропорційності R, що залежить від геометричних і електричних властивостей провідника і від температури, називається провідникові або просто опором цієї ділянки провідника. Закон Ома був відкритий в 1826 ньому. фізиком Г. Омом.

Георг Симон Ом народився 16 березня 1787 в Ерлангені, в родині потомственого слюсаря. Після закінчення школи Георг вступив в міську гімназію. Гімназія Ерланґена курувалася університетом. Заняття в гімназії вели чотири професора. Георг, закінчивши гімназію, навесні 1805 року приступив до вивчення математики, фізики і філософії на філософському факультеті Ерлангенського університету.

Провчившись три семестри, він прийняв запрошення зайняти місце вчителя математики в приватній школі швейцарського містечка Готтштадта.

У 1811 році він повертається в Ерланген, закінчує університет і отримує ступінь доктора філософії. Відразу ж після закінчення університету йому була запропонована посада приват-доцента кафедри математики цього ж університету.

У 1812 році Ом був призначений учителем математики і фізики школи в Бамберзі. У 1817 році він публікує свою першу друковану роботу, присвячену методиці викладання "Найбільш оптимальний варіант викладання геометрії в підготовчих класах". Ом зайнявся дослідженнями електрики. В основу свого приладу електровимірювання Ом заклав конструкцію крутильних терезів Кулона. Результати своїх досліджень Ом оформив у вигляді статті під назвою "Попереднє повідомлення про закон, за яким метали проводять контактна електрику". Стаття була опублікована в 1825 році в "Журналі фізики та хімії", який видавався Швейггера. Однак вираз, знайдене і опубліковане Омом, виявилося невірним, що стало однією з причин його тривалого невизнання. Прийнявши всі запобіжні заходи, заздалегідь усунувши всі передбачувані джерела помилок, Ом приступив до нових вимірів.

З'являється в світ його знаменита стаття "Визначення закону, за яким метали проводять контактна електрику, разом з начерком теорії вольтаіческого апарату і мультиплікатора Швейггера", що вийшла в 1826 році в "Журналі фізики та хімії".

У травні 1827 року "Теоретичні дослідження електричних ланцюгів" обсягом в 245 сторінок, в яких містилися тепер уже теоретичні міркування Ома по електричних ланцюгів. У цій роботі вчений запропонував характеризувати електричні властивості провідника його опором і ввів цей термін в науковий обіг. Ом знайшов більш просту формулу для закону ділянки електричного кола, що не містить ЕРС: "Величина струму в гальванічної ланцюга прямо пропорційна сумі всіх напруг і обернено пропорційна сумі наведених довжин. При цьому загальна приведена довжина визначається як сума всіх окремих наведених довжин для однорідних ділянок, що мають різну провідність і різне поперечний переріз ".

У 1829 році з'являється його стаття "Експериментальне дослідження роботи електромагнітного мультиплікатора", в якій були закладені основи теорії приладів. Тут же Ом запропонував одиницю опору, в якості якої він вибрав опір мідного дроту довжиною 1 фут і поперечним перерізом в 1 квадратну лінію.

У 1830 році з'являється нове дослідження Ома "Спроба створення наближеної теорії уніполярної провідності".

Тільки в 1841 році робота Ома була переведена на англійську мову, в 1847 році - на італійський, в 1860 році - на французький.

16 лютого 1833 року, через сім років після виходу з друку статті, в якій було опубліковано його відкриття, Ому запропонували місце професора фізики у новоорганізованій політехнічній школі Нюрнберга. Вчений приступає до досліджень в області акустики. Результати своїх акустичних досліджень Ом сформулював у вигляді закону, яка отримала згодом назву акустичного закону Ома.

Раніше всіх із зарубіжних вчених закон Ома визнали російські фізики Ленц і Якобі. Вони допомогли і його міжнародного визнання. За участю російських фізиків 5 травня 1842 року Лондонське королівське товариство нагородило Ома золотою медаллю і обрало своїм членом.

У 1845 році його обирають дійсним членом Баварської академії наук. У 1849 році вченого запрошують в Мюнхенський університет на посаду екстраординарного професора. У цьому ж році він призначається охоронцем Національних зборів фізико-математичних приладів з одночасним читанням лекцій з фізики і математики. У 1852 році Ом отримав посаду ординарного професора. Ом помер 6 липня 1854 року. У 1881 році на електротехнічному з'їзді в Парижі вчені одноголосно затвердили назву одиниці опору - 1 Ом.

У загальному випадку залежність між I і U нелінійна, проте на практиці завжди можна в певному інтервалі напруг вважати її лінійною і застосовувати закон Ома; для металів і їх сплавів цей інтервал практично необмежений.

Закон Ома в формі (1) справедливий для ділянок ланцюга, що не містять джерел ЕРС. При наявності таких джерел (акумуляторів, термопар, генераторів і т. Д.) Закон Ома має вигляд:

(2)

де - ЕРС всіх джерел, включених у розглянутий ділянку ланцюга. Для замкненого кола закон Ома набирає вигляду:

(3)

де - повний опір ланцюга, яка дорівнює загальній кількості зовнішнього опору r і внутрішнього опору джерела ЕРС. Узагальненням закону Ома на випадок розгалуженою ланцюга є правило 2-е Кірхгофа.

Закон Ома можна записати в диференціальної формі, що зв'язує в кожній точці провідника щільність струму j з повною напруженістю електричного поля. Потенційне. електричне поле напруженості Е, що створюється в провідниках мікроскопічними зарядами (електронами, іонами) самих провідників, не може підтримувати стаціонарний рух вільних зарядів (струм), т. к. робота цього поля на замкнутому шляху дорівнює нулю. Струм підтримується неелектростатіческімі силами різного походження (індукційного, хімічного, теплового і т.д.), які діють в джерелах ЕРС і які можна представити у вигляді деякого еквівалентного непотенційного поля з напруженістю E _СТ, званого стороннім. Повна напруженість поля, що діє всередині провідника на заряди, в загальному випадку дорівнює E + E _СТ. Відповідно, диференційний закон Ома має вигляд:

або , (4)

де - питомий опір матеріалу провідника, а - його питома електропровідність.

Закон Ома в комплексній формі справедливий також для синусоїдальних квазістаціонарних струмів:

(5)

де z - повне комплексне опір: , R - активний опір, а x - реактивний опір ланцюга. При наявності індуктивності L і ємності С в ланцюзі квазістаціонарного струму частоти

.

Існує кілька видів закону Ома.

Закон Ома для однорідної ділянки кола (що не містить джерела струму): сила струму в провіднику прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опору провідника:

Закон Ома для замкненого кола: сила струму в замкнутому ланцюзі дорівнює відношенню ЕРС джерела струму до сумарного опору всього ланцюга:

де R - опір зовнішньої ланцюга, r - внутрішній опір джерела струму.

R - +

R

Закон Ома для неоднорідної ділянки кола (ділянки кола з джерелом струму):

R

;

де - різниця потенціалів на кінцях ділянки кола, - ЕРС джерела струму, що входить до відділку.

Здатність речовини проводити струм характеризується його питомим опором або провідністю . Їх величина визначається хімічною природою речовини і умовами, зокрема температурою, при яких воно знаходиться. Для більшості металів питомий опір зростає з температурою приблизно за лінійним законом:

;

де - питомий опір при 0 ° С, t - температура за шкалою Цельсія, а - коефіцієнт, чисельно рівний приблизно 1/273. Переходячи до абсолютної температурі, отримуємо

При низьких температурах спостерігаються відступи від цієї закономірності. У більшості випадків залежність від T слід кривої 1 на малюнку.

Величина залишкового опору в сильному ступені залежить від чистоти матеріалу і наявності залишкових механічних напруг у зразку. Тому після відпалу помітно зменшується. У абсолютно чистого металу з ідеально правильної кристалічною решіткою при абсолютному нулі .

У великої групи металів і сплавів при температурі близько декількох градусів Кельвіна опір стрибком звертається в нуль (крива 2 на малюнку). Вперше це явище, назване надпровідність, було виявлено в 1911 р Камерлинг - Оннесом для ртуті. Надалі надпровідність була виявлена ​​у свинцю, олова, цинку, алюмінію та інших металів, а також у ряду сплавів. Для кожного надпровідника є своя критична температура Т _до, при якій він переходить в надпровідний стан. При дії на надпровідник магнітного поля надпровідний стан порушується. Величина критичного поля H _K, що руйнує надпровідність, дорівнює нулю при Т = Т _до і зростає зі зниженням температури.

Повний теоретичне пояснення надпровідності було дано в 1958 р радянським фізиком Н. Н. Боголюбовим і його співробітниками.

Залежність електричного опору від температури покладена в основу термометрів опору. Такий термометр представляє собою металеву (зазвичай платинову) дріт, намотаний на фарфоровий або слюдяною каркас. Проградуйований по постійним температурним точкам термометр опору дозволяє вимірювати з точністю порядку декількох сотих градуса як низькі, так і високі температури.

Список використаної літератури:

Прохоров А. М. Фізичний енциклопедичний словник, М., 1983

Дорфман Я. Г. Всесвітня історія фізики. М., 1979
Ом Г. Визначення закону, за яким метали проводять контактна електрику. - В кн .: Класики фізичної науки. М., 1989

Роджерс Е. Фізика для допитливих, т. 3. М., 1971
Орір Дж. Фізика, т. 2. М., 1981
Джанкола Д. Фізика, т. 2. М., 1989