Физика, полный курс для 10 класса

Законы постоянного тока

— Ребята, сегодня мы разберём основы постоянного тока — то, без чего невозможно представить современную технику. Включили свет? Работает ток. Заряжаете телефон? Там тоже ток. Даже ваши наушники играют благодаря электрическому току. Давайте разберёмся, как это устроено.

1. Сила тока и напряжение

— Представьте, что электрический ток — это поток машин на дороге. Сила тока (I) — это сколько машин проезжает через пункт контроля за секунду. Чем больше машин (зарядов q) проезжает за время t, тем больше сила тока:

$$I=\frac{q}{t}$$

— Единица измерения — ампер (А). Например, в лампочке фонарика ток около 0,5 А, а в розетке (переменный, но по амплитуде) — до 10 А.

— А напряжение (U) — это как "давление", которое толкает машины (заряды). Чем выше напряжение, тем сильнее "напор" тока. Оно измеряется в вольтах (В):

$$U=\frac{A}{q}$$

— Батарейка AA даёт 1,5 В, в розетке — 220 В, а в линиях электропередач — тысячи вольт. Чем выше напряжение, тем опаснее ток, поэтому с розетками надо быть осторожнее!

2. Закон Ома

— Теперь главный закон для тока — закон Ома. Он связывает силу тока (I), напряжение (U) и сопротивление (R):

$$I=\frac{U}{R}$$

— Это как если бы вы регулировали поток воды через шланг. Напряжение — это давление воды, сопротивление — толщина шланга, а сила тока — сколько воды выливается в секунду.

— Например, если у вас батарейка на 9 В (U), а сопротивление цепи 3 Ом (R), то ток будет:

$$I=\frac{9\text{ В}}{3\text{ Ом}}=3\text{ А}$$

— А если сопротивление увеличить до 9 Ом, ток упадёт до 1 А. Вот почему длинные тонкие провода греются — у них большое сопротивление, и ток проходит с трудом.

3. Сопротивление проводников

— Почему одни материалы проводят ток хорошо, а другие плохо? Всё дело в сопротивлении (R). Оно зависит от:

1. Материала (медь проводит отлично, дерево — нет).

2. Длины провода (l) — чем длиннее, тем больше сопротивление.

3. Толщины (S) — чем толще провод, тем легче току течь.

Формула сопротивления:

$$R=\rho \cdot \frac{l}{S}$$

— Здесь ρ (ро) — удельное сопротивление. У меди оно маленькое (0,017 Ом·мм²/м), у нихрома (из которого делают спирали нагревателей) — большое (1,1 Ом·мм²/м).

— Пример: медный провод длиной 10 м и сечением 1 мм² имеет сопротивление:

$$R=\mathrm{0,017}\cdot \frac{10}{1}=\mathrm{0,17}\text{ Ом}$$

— А если взять нихром такой же длины и толщины, сопротивление будет уже 11 Ом — вот почему в плитках и фенах используется нихром: он сильно нагревается при прохождении тока.

Заключение

— Итак, сегодня мы разобрали:

1. Сила тока — это "сколько зарядов бежит", а напряжение — "как сильно их толкают".

2. Закон Ома связывает ток, напряжение и сопротивление.

3. Сопротивление зависит от материала, длины и толщины проводника.

— Эти законы работают везде — от лампочки в вашей комнате до огромных электростанций. На следующем уроке попробуем собрать цепь и измерить всё это на практике. А пока — вопросы есть?

— Хорошо, спасибо за внимание! До следующего раза.