Реферат
Закон Ома. История открытия. Различныевиды закона Ома.
Содержание.
1. Общий видзакона Ома.
2. Историяоткрытия закона Ома, краткая биография ученого.
3. Видызаконов Ома.
Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока Iв проводнике и разностью потенциалов(напряжением) Uмежду 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 участкапроводника. Закон Ома был открыт в 1826 нем. физиком Г. Омом.
Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 года в Эрлангене, в семьепотомственного слесаря. После окончания школы Георг поступил в городскуюгимназию. Гимназия Эрлангена курировалась университетом. Занятия в гимназиивели четыре профессора. Георг, закончив гимназию, весной 1805 года приступил кизучению математики, физики и философии на философском факультете Эрлангенскогоуниверситета.
Проучившись трисеместра, он принял приглашение занять место учителя математики в частной школешвейцарского городка Готтштадта.
В 1811 году он возвращается в Эрланген, заканчивает университет иполучает степень доктора философии. Сразу же по окончании университета ему былапредложена должность приват-доцента кафедры математики этого же университета.
В 1812 году Ом был назначен учителем математики и физики школы вБамберге. В 1817 году он публикует свою первую печатную работу, посвященнуюметодике преподавания «Наиболее оптимальный вариант преподавания геометриив подготовительных классах». Ом занялся исследованиями электричества. Воснову своего электроизмерительного прибора Ом заложил конструкцию крутильныхвесов Кулона. Результаты своих исследований Ом оформил в виде статьи подназванием «Предварительное сообщение о законе, по которому металлыпроводят контактное электричество». Статья была опубликована в 1825 году в«Журнале физики и химии», издаваемом Швейггером. Однако выражение,найденное и опубликованное Омом, оказалось неверным, что стало одной из причинего длительного непризнания. Приняв все меры предосторожности, заранее устраниввсе предполагаемые источники ошибок, Ом приступил к новым измерениям.
Появляется в свет его знаменитая статья «Определение закона, покоторому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теориивольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера», вышедшая в 1826 годув «Журнале физики и химии».
В мае 1827 года «Теоретические исследования электрическихцепей» объемом в 245 страниц, в которых содержались теперь ужетеоретические рассуждения Ома по электрическим цепям. В этой работе ученыйпредложил характеризовать электрические свойства проводника его сопротивлениеми ввел этот термин в научный обиход. Ом нашел более простую формулу для законаучастка электрической цепи, не содержащего ЭДС: «Величина тока вгальванической цепи прямо пропорциональна сумме всех напряжений и обратнопропорциональна сумме приведенных длин. При этом общая приведенная длинаопределяется как сумма всех отдельных приведенных длин для однородных участков,имеющих различную проводимость и различное поперечное сечение».
В 1829 году появляется его статья «Экспериментальное исследованиеработы электромагнитного мультипликатора», в которой были заложены основытеории электроизмерительных приборов. Здесь же Ом предложил единицусопротивления, в качестве которой он выбрал сопротивление медной проволокидлиной 1 фути поперечным сечением в 1 квадратную линию.
В 1830 году появляется новое исследование Ома «Попытка созданияприближенной теории униполярной проводимости».
Только в 1841 году работа Ома была переведена на английский язык, в 1847году — на итальянский, в 1860 году — на французский.
16 февраля 1833 года, через семь лет после выхода из печати статьи, вкоторой было опубликовано его открытие, Ому предложили место профессора физикиво вновь организованной политехнической школе Нюрнберга. Ученый приступает кисследованиям в области акустики. Результаты своих акустических исследований Омсформулировал в виде закона, получившего впоследствии название акустическогозакона Ома.
Раньше всех из зарубежных ученых закон Ома признали русские физики Ленци Якоби. Они помогли и его международному признанию. При участии русскихфизиков, 5 мая 1842 года Лондонское Королевское общество наградило Ома золотоймедалью и избрало своим членом.
В 1845 году его избирают действительным членом Баварской академии наук.В 1849 году ученого приглашают в Мюнхенский университет на должность экстраординарногопрофессора. В этом же году он назначается хранителем государственного собранияфизико-математических приборов с одновременным чтением лекций по физике иматематике. В 1852 году Ом получил должность ординарного профессора. Омскончался 6 июля 1854 года. В 1881 году на электротехническом съезде в Парижеученые единогласно утвердили название единицы сопротивления — 1 Ом.
В общем случае зависимость между Iи Uнелинейна, однако на практике всегда можнов определенном интервале напряжений считать её линейной и применять закон Ома;для металлов и их сплавов этот интервал практически неограничен.
Закон Ома в форме (1) справедлив для участков цепи, не содержащих источниковЭДС. При наличии таких источников (аккумуляторов, термопар, генераторов и т.д.) закон Ома имеет вид:
(2)
где — ЭДС всех источников,включённых в рассматриваемый участок цепи. Для замкнутой цепи закон Ома принимаетвид:
(3)
где — полное сопротивлениецепи, равное сумме внешнего сопротивления rи внутреннегосопротивления источника ЭДС.Обобщением закона Ома на случай разветвлённой цепи является правило 2-еКирхгофа.
Закон Ома можно записать в дифференциальной форме, связывающей в каждойточке проводника плотность тока jс полной напряжённостью электрическогополя. Потенциальное. электрическое поле напряжённости Е, создаваемое в проводниках микроскопическими зарядами (электронами,ионами) самих проводников, не может поддерживать стационарное движение свободныхзарядов (ток), т. к. работа этого поля на замкнутом пути равна нулю. Токподдерживается неэлектростатическими силами различного происхождения(индукционного, химического, теплового и т.д.), которые действуют в источникахЭДС и которые можно представить в виде некоторого эквивалентногонепотенциального поля с напряженностью EСТ,называемого сторонним. Полная напряженность поля, действующего внутрипроводника на заряды, в общем случае равна E+EСТ. Соответственно, дифференциальный закон Омаимеет вид:
или (4)
где — его удельнаяэлектропроводность.
Закон Ома в комплексной форме справедлив также для синусоидальныхквазистационарных токов:
(5)
где z — полное комплексное сопротивление: , r– активное сопротивление, а x — реактивное сопротивление цепи. При наличиииндуктивности Lи емкости С в цепи квазистационарного тока частоты
Существует несколько видов закона Ома.
Закон Ома для однородного участка цепи(не содержащего источника тока): сила токав проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональнасопротивлению проводника:
Закон Ома для замкнутой цепи:сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока ксуммарному сопротивлению всей цепи:
где R — сопротивление внешнейцепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.
R - +
SHAPE * MERGEFORMAT
R
Закон Ома для неоднородногоучастка цепи(участка цепи систочником тока):
R
SHAPE * MERGEFORMAT
где — разность потенциаловна концах участка цепи, — ЭДС источника тока,входящего в участок.
Способность вещества проводить ток характеризуется его удельнымсопротивлением либо проводимостью
;
где — удельное сопротивление при 0°С, t— температура по шкале Цельсия, а — коэффициент, численно равныйпримерно 1/273. Переходя к абсолютной температуре, получаем
При низких температурах наблюдаются отступления от этойзакономерности. В большинстве случаевзависимость Tследует кривой 1 на рисунке.
Величина остаточного сопротивления в сильной степени зависит от чистоты материалаи наличия остаточных механических напряжений в образце. Поэтому после отжига заметно уменьшается. У абсолютно чистогометалла с идеально правильной кристаллической решеткой при абсолютном нуле .
У большой группы металлов и сплавов при температуре порядка несколькихградусов Кельвина сопротивление скачком обращается в нуль (кривая 2 нарисунке). Впервые это явление, названное сверхпроводимостью, было обнаружено в 1911 г. Камерлинг — Оннесомдля ртути. В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена у свинца, олова,цинка, алюминия и других металлов, а также у ряда сплавов. Для каждогосверхпроводника имеется своя критическая температура Тк, прикоторой он переходит в сверхпроводящее состояние. При действии насверхпроводник магнитного поля сверхпроводящее состояние нарушается. Величинакритического поля HK,разрушающегосверхпроводимость, равна нулю при Т = Тк и растет спонижением температуры.
Полное теоретическое объяснение сверхпроводимости было дано в 1958 г. советским физиком Н.Н. Боголюбовым и его сотрудниками.
Зависимость электрического сопротивления от температуры положена воснову термометров сопротивления. Такой термометр представляет собойметаллическую (обычно платиновую) проволоку, намотанную на фарфоровый илислюдяной каркас. Проградуированный по постоянным температурным точкам термометрсопротивления позволяет измерять с точностью порядка нескольких сотых градусакак низкие, так и высокие температуры.
Список использованной литературы:
Прохоров А. М. Физический энциклопедический словарь, М.,1983
Дорфман Я. Г. Всемирнаяистория физики. М., 1979
Ом Г. Определение закона, по которому металлы проводят контактноеэлектричество. – В кн.: Классики физической науки. М., 1989
Роджерс Э. Физика для любознательных,т. 3. М.,1971
Орир Дж. Физика, т. 2. М.,1981
Джанколи Д. Физика, т. 2. М., 1989