KWALIFIKACJA INF1 + INF2 + INF8 - CZERWIEC 2012

PYTANIE NR 4.
Dla jakiego materiału zachodzi liniowa zależność pomiędzy napięciem elektrycznym i natężeniem prądu elektrycznego?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Liniowa zależność między napięciem a natężeniem (U ∝ I) jest cechą przewodników omowych, które w stałej temperaturze spełniają prawo Ohma.
Metaliczna miedź ma w typowych warunkach charakterystykę U-I zbliżoną do liniowej, podczas gdy krzem (półprzewodnik) oraz polietylen i szkło (izolatory) nie wykazują takiego zachowania.

Pełne wyjaśnienie:

Zależność liniowa pomiędzy napięciem elektrycznym U i natężeniem prądu I oznacza, że przy wzroście napięcia prąd rośnie proporcjonalnie, a stosunek U/I pozostaje stały. Taki element/materiał nazywa się omowym (spełnia prawo Ohma) i w uproszczeniu opisuje go wzór U = R · I, gdzie R jest rezystancją.

Odpowiedź "Miedzi." jest właściwa, ponieważ miedź jest typowym przewodnikiem metalicznym. W praktyce przewody miedziane (przy niezmiennych warunkach, zwłaszcza temperaturze oraz bez zjawisk niszczących materiał) zachowują się w dużym stopniu jak elementy omowe, dlatego w podstawowych zadaniach szkolnych przyjmuje się liniową charakterystykę U-I.

Pozostałe odpowiedzi nie pasują do wymogu liniowości:

  • "Krzemu." – krzem jest półprzewodnikiem. Jego przewodnictwo silnie zależy od domieszkowania, temperatury i pola elektrycznego, a typowe elementy krzemowe (np. złącza p-n) mają charakterystyki nieliniowe.
  • "Polietylenu." – polietylen jest izolatorem, w normalnych warunkach praktycznie nie przewodzi prądu (bardzo duża rezystancja), więc nie opisuje się go prostą zależnością U-I jak dla przewodnika omowego.
  • "Szkła." – szkło również jest izolatorem; prąd w typowych warunkach jest znikomy, a zachowanie nie odpowiada prostemu prawu Ohma dla przewodnika.

Wskazówka egzaminacyjna: jeśli pytanie dotyczy liniowej zależności U-I, najczęściej chodzi o metal (np. miedź, aluminium) jako przewodnik omowy, a nie o półprzewodniki i izolatory, które częściej kojarzą się z nieliniowością lub bardzo dużą rezystancją.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
To znaczy, że natężenie prądu I rośnie proporcjonalnie do napięcia U, a stosunek U/I jest stały (w danych warunkach). Wykres U(I) jest wtedy linią prostą, co odpowiada prawu Ohma: U = R · I.
Miedź jest metalem o dużej liczbie swobodnych elektronów, więc przewodzi prąd łatwo i stabilnie. W stałej temperaturze i bez przekroczenia dopuszczalnych warunków pracy jej rezystancja jest w przybliżeniu stała, dlatego przyjmuje się liniową charakterystykę U-I.
W praktyce półprzewodniki (w tym krzem) często wykazują nieliniowość, zwłaszcza w złączach p-n (diody, tranzystory). W pewnych ograniczonych warunkach i dla konkretnych struktur można obserwować odcinki quasi-liniowe, ale w typowych pytaniach egzaminacyjnych krzem traktuje się jako materiał nieliniowy.
Przewodnik omowy to taki element lub materiał, dla którego (w określonych warunkach, np. stałej temperaturze) zachodzi prawo Ohma, czyli U = R · I. Oznacza to stałą rezystancję i liniową zależność między napięciem a prądem.
Przewodnik ma małą rezystancję i łatwo przepuszcza prąd (np. miedź, aluminium). Izolator ma bardzo dużą rezystancję i w normalnych warunkach prawie nie przewodzi (np. szkło, polietylen). Na egzaminie izolatory zwykle nie spełniają warunku liniowej zależności U-I.
Polietylen i szkło to materiały izolacyjne, używane m.in. jako osłony i dielektryki. Ich rezystancja jest bardzo duża, więc prąd jest znikomy lub zależny od przebicia i innych zjawisk. Nie traktuje się ich jako materiałów o liniowej charakterystyce U-I.
Gdy zmienia się temperatura elementu (nagrzewanie zwiększa lub zmniejsza opór w zależności od materiału), gdy pojawia się nasycenie, przebicie, zjawiska nieliniowe lub gdy element jest półprzewodnikiem (np. dioda). Wtedy U i I nie są już proporcjonalne.
W teleinformatyce przewody miedziane w skrętce i w zasilaniu urządzeń zachowują się w dużym stopniu omowo, co pomaga rozumieć spadki napięć, straty mocy i nagrzewanie. Od elementów nieliniowych (np. diody zabezpieczające) oczekuje się innych charakterystyk.
Najczęściej spotkasz miedź (kable, przewody, ścieżki w PCB) oraz aluminium (wybrane instalacje energetyczne). W kontekście liniowej zależności U-I na egzaminach najbezpieczniej wskazywać metaliczne przewodniki, zwłaszcza miedź.
Częsty błąd to wybór "krzemu", bo kojarzy się z elektroniką, mimo że półprzewodniki często są nieliniowe. Inny błąd to pomijanie założenia stałej temperatury i traktowanie prawa Ohma jako zawsze prawdziwego. Warto pamiętać: metal = zwykle omowy, izolator = nie.
info

Około 64% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. średnie

Źródła:

  • Wikipedia (pl): "Prawo Ohma" — https://pl.wikipedia.org/wiki/Prawo_Ohma (dostęp: 2026-02-27)
  • Wikipedia (pl): "Przewodnik (elektryczność)" — https://pl.wikipedia.org/wiki/Przewodnik_(elektryczno%C5%9B%C4%87) (dostęp: 2026-02-27)
  • Wikipedia (pl): "Półprzewodnik" — https://pl.wikipedia.org/wiki/P%C3%B3%C5%82przewodnik (dostęp: 2026-02-27)

Materiały:

  • Podręczniki i skrypty z podstaw elektrotechniki (prawo Ohma, charakterystyki U-I)
  • Materiały dydaktyczne z fizyki w zakresie prądu stałego (przewodniki, izolatory, półprzewodniki)
  • Karty katalogowe elementów nieliniowych (np. diody) jako kontrprzykład zależności liniowej

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego