Im wyższe napięcie przyłożymy pomiędzy końcami przewodnika, tym silniejsze pole elektryczne uzyskamy w jego wnętrzu. To z kolei przełoży się na większą prędkość dryfu elektronów biorących udział w przepływie prądu elektrycznego przez ten przewodnik, co prowadzi do zwiększenia się natężenia tego prądu. Okazuje się, że dla pewnej klasy materiałów spełnione jest tzw. prawo Ohma, które mówi, że natężenie prądu płynącego przez dany element jest wprost proporcjonalne do napięcia między jego końcami, co można zapisać jako:

Materiałami spełniającymi prawo Ohma są np. przewodniki czy też oporniki. Wiele elementów elektronicznych nie spełnia jednak prawa Ohma lub spełnia je tylko w bardzo wąskich zakresach napięć. Zależność pomiędzy natężeniem prądu płynącego przez dany element od napięcia przyłożonego do końców danego elementu to tzw. charakterystyka prądowo-napięciowa tego elementu. Bardzo często przedstawia się ją w postaci wykresu zależności . Dla materiałów spełniających prawo Ohma jest ona zatem wykresem liniowym.

Prąd podczas przepływu przez przewodnik napotyka opór, który może być mniejszy lub większy, w zależności od rozmiarów przewodnika i substancji, z której jest on wykonany. Im większy opór danego elementu, przez który płynie prąd elektryczny, tym mniejsze jest natężenie prądu płynącego przez ów element (zakładając nie zmienione napięcie pomiędzy końcami tego elementu). Miarą tego oporu jest wielkość fizyczna zwana oporem elektrycznym.

Opór elektryczny  to iloraz napięcia  między końcami przewodnika i natężenia płynącego przez ów przewodnik prądu:      

Jednostką oporu elektrycznego jest om: .

Potencjometr to opornik o regulowanym oporze, który służy np. do regulacji głośności w sprzęcie audio-wideo. Ma on trzy końcówki, z czego dwie znajdują się na końcach przewodnika, a trzecia to suwak przemieszczający się po oporniku. Dzięki przesuwaniu suwaka możliwa jest płynna zmiana oporu. Potencjometrem można regulować napięcie lub natężenie prądu w obwodzie, w zależności od sposobu jego podłączenia. Symbol potencjometru przedstawiono na Rys. 1.

Rys. 1.

Przykład:

Sporządź charakterystykę prądowo-napięciową opornika o oporze .

Rozwiązanie:

Z prawa Ohma wiemy, że natężenie prądu płynącego przez opornik będzie wprost proporcjonalne do napięcia na tym oporniku, toteż charakterystyka prądowo-napięciowa opornika będzie wykresem funkcji liniowej przechodzącej przez początek układu. Wystarczy zatem, że znajdziemy jeszcze jeden punkt należący do wykresu. W tym celu obliczmy natężenie prądu dla napięcia o wartości np. 50 V.

Następnie sporządzamy wykres przechodzący przez początek układu i obliczony punkt.

Zadania do zrobienia:

1. Na podstawie poniższej charakterystyki prądowo-napięciowej pewnego opornika oblicz jego opór.

Odp.:

2. Oblicz napięcie, jakie wskaże woltomierz A oraz woltomierz B (mierzą one napięcia na opornikach odpowiednio  i ). Obwód przedstawiono na poniższym schemacie.

Odp.: ,

Jeśli jesteś zainteresowany/a dodatkowymi materiałami dotyczącymi tego zagadnienia, to pod poniższym linkiem znajdziesz płatne (60 zł) dwugodzinne nagranie z omówieniem teorii i rozwiązaniami zadań maturalnych w tej tematyce:

https://szkolamaturzystow.pl/kurs/kurs-maturalny-fizyka-prad-elektryczny-staly-1