Рассчитайте каким сопротивлением
В школьной физике задачи с формулировкой «рассчитайте, каким сопротивлением обладает…» встречаются в 7–9 классах. В зависимости от условий сопротивление можно найти двумя способами: через электрические параметры цепи (закон Ома) или через геометрические размеры проводника. Ниже разобраны оба метода с примерами и типичными ошибками.
Как рассчитать сопротивление по закону Ома?
Если в задаче даны напряжение на участке цепи и сила тока, используйте закон Ома для однородного участка:
$$ R = \frac{U}{I} $$где:
- $R$ – сопротивление в омах (Ом);
- $U$ – напряжение в вольтах (В);
- $I$ – сила тока в амперах (А).
Пример. Вольтметр рассчитан на измерение напряжения до 150 В. Сила тока через прибор при максимальных показаниях не должна превышать 0,01 А. Определите сопротивление вольтметра.
Решение: $R = 150 / 0,01 = 15\ 000$ Ом или $15$ кОм.
Как найти сопротивление проводника по его размерам?
Для металлического провода заданной длины и сечения применяется формула:
$$ R = \rho \cdot \frac{l}{S} $$где:
- $l$ – длина проводника в метрах (м);
- $S$ – площадь поперечного сечения в квадратных миллиметрах (мм²);
- $\rho$ – удельное сопротивление материала (Ом·мм²/м).
Значения $\rho$ берутся из таблиц: для нихрома – $1{,}1$, для константана – $0{,}5$, для меди – $0{,}017$, для алюминия – $0{,}028$ Ом·мм²/м.
Пример. Нихромовый провод длиной 5 м имеет сечение 0,75 мм². Сопротивление составит: $R = 1{,}1 \cdot (5 / 0{,}75) \approx 7{,}3$ Ом.
Разбор типовых задач
Задача 1. Сопротивление лампы накаливания
Лампа подключена к сети с напряжением 220 В. Амперметр показывает ток 0,45 А. Вычислите сопротивление нити накаливания в рабочем состоянии.
Решение. $R = 220 / 0{,}45 \approx 489$ Ом. Обратите внимание: в холодном состоянии сопротивление нити было бы значительно меньше, так как у металлов оно растет с температурой.
Задача 2. Медный провод в проводке
Для удлинителя использован медный провод длиной 20 м сечением 1,5 мм². Определите его сопротивление ($\rho$ меди = $0{,}017$ Ом·мм²/м).
Решение. $R = 0{,}017 \cdot (20 / 1{,}5) \approx 0{,}23$ Ом. Такое малое сопротивление не влияет на работу бытовых приборов.
Как не ошибиться в единицах измерения
Наиболее частая ошибка в задачах «вычислите сопротивление» – неверный перевод единиц площади. Учитывайте:
- 1 см² = 100 мм², а не 10 мм² (так как $1\ \text{см} = 10\ \text{мм}$, то $1\ \text{см}^2 = 10 \cdot 10 = 100\ \text{мм}^2$).
- Длину всегда переводите в метры: км × 1000, см × 0,01.
- В формуле $R=\rho l/S$ и в таблицах удельных сопротивлений единицы согласованы: если $S$ в мм², то $\rho$ будет в Ом·мм²/м.
Проверь себя. Проводник длиной 140 см ($1{,}4$ м) сечением $0{,}2$ мм² изготовлен из стали ($\rho = 0{,}1$ Ом·мм²/м). Сопротивление: $R = 0{,}1 \cdot (1{,}4 / 0{,}2) = 0{,}7$ Ом. Если бы забыли перевести см в м, получили бы неверный результат в 100 раз меньше.