Site Loader

Содержание

Электрическое сопротивление проводника, проводимость материалов


Электрическое сопротивление проводника возникает при протекании по проводнику электрического тока. Т.е., когда при движении по проводнику электронов, происходит столкновение этих электронов с атомами проводника. При таком столкновении движущийся электрон выбивает из атома один из его свободных электронов и становится на его место, а часть энергии, полученной электроном от источника Э.Д.С., превращается в тепло, которое нагревает проводник. Выбитый электрон обладает уже меньшей энергией и с меньшей силой ударяет в следующий атом. Подобные столкновения испытывают многие, движущиеся по проводнику электроны, вследствие чего скорость их движения уменьшается и через поперечное сечение проводника будет протекать меньшее количество электронов (сила тока в цепи уменьшается). Можно сказать, что проводник оказывает противодействие протекающему по нему электрическому току. Такое свойство проводника и носит название электрического сопротивления проводника.

Чем длиннее проводник, меньше его поперечное сечение и больше его удельное сопротивление, тем больше сопротивление данного проводника.

R = Lρп / Sп

где:
R — сопротивление проводника;
L — длина проводника;
ρп — удельное сопротивление материала проводника, т.е. сопротивление 1 см3;
Sп — площадь поперечного сечения проводника.

Для измерения величины сопротивления введена единица измерения, которая носит название ом. Сопротивлением в 1 ом обладает ртутный столбик высотой в 106 см и поперечным сечением 1 мм2 при температуре 20° С (международный эталон).

Следует подчеркнуть, что под термином «сопротивление» понимают определённое свойство материала, провода или прибора. В этом смысле, например, говорят: лампа накаливания обладает сопротивлением 150 ом или провод имеет сопротивление 7 ом. Если же говорят об устройстве, предназначенном для включения в электрическую цепь с целью регулирования, уменьшения или ограничения тока цепи, то иногда под термином «сопротивление» подразумевают резистор.

Проводимость материалов

Иногда электропроводящие свойства проводника характеризуют не сопротивлением, а величиной, ему обратной. Эта величина носит название проводимости материалов

G = 1 / R


Суть электрического сопротивления, что такое сопротивление электрического тока, его природа.

Многие слышали о таком понятии, встречаемом и широко используемом в сфере электричества, как электрическое сопротивление. Но не все знают, какова же природа его. В чём заключается суть, и что вообще оно собой представляет, от чего зависит. Предлагаю в этой статье разобраться, что же такое сопротивление тока. И так, под электрическим сопротивлением подразумевают две вещи. В одном понимании это физическая величина, в другом же, это электрический компонент, деталь, элемент.

Теперь про то, в чём именно заключается суть сопротивления тока. А начнём мы с основы, строения атома, его кристаллической решетки, и движения электричества внутри электрического проводника. Напомню, что атом является мельчайшей частицей вещества. Он устроен следующим образом: в центре находится так называемое ядро, состоящее из более мелких частиц, протонов и нейтронов. Вокруг этого атомного ядра с огромной скоростью вращаются еще одни частицы, называемые электронами (по размерам они гораздо меньше ядра).

Ядро атома имеет положительный электрический заряд (плюс), а электроны, соответственно, отрицательный заряд (минус). Любое вещество представлено множеством атомов, которые имеют свою определенную структурированность, именуемая таким понятием как кристаллическая решётка (если говорить о твердом состоянии вещества). Но перед тем как перейти к сути сопротивления тока стоит ещё добавить, что то пространство, по которому носятся электроны называется орбитой электрона (орбиталями). У разных веществ количество орбит может быть разным, и располагаются они одна выше другой (как луковица).

На самой отдалённой электронной орбите сила притяжения электрона к ядру атома минимально, что способствует легкому отрыву электрона от неё и перехода его к соседнему атому. В этом заключается суть движения электрических зарядов внутри вещества (проводника тока).

Когда мы подключаем к проводнику источник тока, прилаживая к его концам определенную разность потенциалов (электрическое напряжение), мы заставляем электроны упорядоченно двигаться с одного полюса источника энергии к другому. Возникает электрический ток зарядов внутри проводника, его кристаллической решетки.

А теперь уж можно перейти к вопросу о электрическом сопротивлении тока, его сути. И так, при прохождении электрических зарядов внутри проводника электроном не приходится двигаться по прямой траектории, их движения скорей напоминает перескоки с одного атома на другой. Естественно, что при таком движении будет расходоваться некоторая энергия (на преодоление препятствий). Кроме этого стоит учесть, что атомы не стоят на месте, они имеют свое внутреннее хаотическое движение внутри кристаллической решетки вещества. А чем больше это движение (зависящие также от температуры, чем она выше, тем движение атомов интенсивнее), тем большее препятствие возникает перед перемещением зарядов. Именно это препятствие движению тока и называется электрическим сопротивлением.

Также существует такое понятие как сверхпроводимость. Это когда электрическое сопротивление тока приравнивается к нулю. Электрический ток бежит по проводнику без потерь. Так сказать идеальный проводник. Этого эффекта можно достичь если определённые вещества довести до температуры абсолютного нуля (273 градуса по Цельсию). А как известно из физики, при сверхнизких температурах движения атома внутри кристаллической решетки вещества практически прекращается. На пути движения электронов, электрического тока заряженных частиц нет препятствий, что и дает эффект сверхпроводимости.

Электрическое сопротивление зависит от таких фундаментальных электрических величин как сила тока и напряжение. Все эти три электрические характеристики объединены общим законом, который называется закон Ома (сила тока равна напряжение деленное на сопротивление). Зависимость этой троицы следующая: чем больше сопротивление электрической цепи, тем меньше будет сила тока, при равном напряжении питания. Чем больше напряжение мы прилаживаем к цепи, тем больше сила тока будет протекать, при равном сопротивлении цепи. То есть, чем больше сопротивление, тем меньше сила тока, и наоборот. У сопротивления тока имеется своя единица измерения, это Ом (1 килоом равен 1000 ом). 1 Ом равен 1 Вольт поделить на 1 Ампер.

Это мы разобрали суть электрического сопротивления тока, как физической величины. Но очень часто говоря о сопротивлении подразумевается конкретная материальная вещь, деталь, функциональный элемент. То есть, обычный электрический резистор называют сопротивлением, поскольку прямое назначение этой детали заключается именно в образовании электрического сопротивления в определенной части цепи. Электрическое сопротивление тока ещё бывает активным и реактивным. Активное сопротивление существует у всех резистивных элементах (проводники имеющие нагревательную способность). Реактивным сопротивлением обладают различные катушки и емкости. Но про это уже в другой теме.

P.S. У новичка может возникнуть такой закономерный вопрос. Зачем нужно специально ставить сопротивление в электрическую цепь, ведь его суть заключается в препятствии движению тока? Нужно, даже необходимо, Так же, как и наличие у машины тормозов. Когда возникает необходимость снижению скорости или остановки без тормозов просто не обойтись. Примерно также, и в сфере электрики, электроники. В некоторых местах электрической цепи нужно наличие именно меньшего напряжения и тока, чем на входе источника питания, что и делает резистор (сопротивление).

Электрическое сопротивление цепи. Удельное. Зависимость от температуры. Проводимость

Любое тело сопротивляется прохождению электрического заряда сквозь себя. Разберёмся, почему это происходит. Для примера возьмём типичный проводник — металлический провод. Внутренняя структура металла — металлическая (ионная) решётка, т.е. атомы (ионы) металла в теле находятся на строго определённых местах (на самом деле, колеблются вокруг них) и достаточно строго упорядочены ионными связями (рис. 1).

Рис. 1. Электрическое сопротивление

Пусть по металлу бежит поток электронов, тогда они могут удариться с атомами кристаллической решётки и не участвовать в дальнейшем токе. Также ионы в узлах решётки положительно заряжены, т.е. по закону Кулона могут притягивать электроны, меняя их траекторию и уменьшая количество прошедших далее электронов. Таким образом, сам проводник сопротивляется прохождению электронов сквозь себя. Совокупность описанных процессов образует электрическое сопротивление проводника.

Электрическое сопротивление – характеристика электрических свойств участка цепи, определяющая упорядоченное перемещение носителей тока на этом участке. Обозначение — 

, размерность  — Ом.

Электрическое сопротивление проводника зависит от длины проводника (чем длиннее провод, тем больше электронов «потеряются» при прохождении сквозь него), также от площади сечения проводника (чем площадь больше, тем больше вероятность электронам пройти «препятствия») и от материала проводника. Тогда:

(1)

Немного об удельном сопротивлении:

Удельное сопротивление, как параметр, является характеристикой вещества, из которого изготовлен проводник, и является табличной величиной. Но в ряде задач (и это физически обосновано), данный параметр зависит от температуры:

(2)

Также иногда в задачах встречается параметр, обратный удельному сопротивлению, — удельная проводимость:

(3)
  • где
    • — удельная проводимость.

Тогда:

Удельная проводимость — параметр, значение которого описывает насколько легко ток проходит по проводу из конкретного вещества.

Удельное сопротивление — параметр, значение которого описывает насколько тяжело ток проходит по проводу из конкретного вещества.

Вывод: сопротивление, как параметр, чаще всего присутствует в законе Ома для участка цепи. Ряд задач связаны с параллельным и последовательным подключением.

Поделиться ссылкой:

Что такое сопротивление проводника. Электрическое сопротивление проводников

Собрав электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, амперметра, вольтметра, ключа, можно показать, что сила тока (I ), протекающего через резистор, прямо пропорциональна напряжению (U

) на его концах: I — U . Отношение напряжения к силе тока U/I — есть величина постоянная .

Следовательно, существует физическая величина, характеризующая свойства проводника (резистора), по которому течёт электрический ток. Эту величину называют электрическим сопротивлением проводника, или просто сопротивлением. Обозначается сопротивление буквой R .

(R) – это физическая величина, равную отношению напряжения (U ) на концах проводника к силе тока (I ) в нём. R = U/I . Единица измерения сопротивления – Ом (1 Ом ).

Один Ом — сопротивление такого проводника, в котором сила тока равна 1А при напряжении на его концах 1В:

1 Ом = 1 В / 1 А.

Причина того, что проводник обладает сопротивлением, заключается в том, что направленному движению электрических зарядов в нём препятствуют ионы кристаллической решетки , совершающие беспорядочное движение. Соответственно, скорость направленного движения зарядов уменьшается.

Удельное электрическое сопротивление R ) прямо пропорционально длине проводника (l ), обратно пропорционально площади его поперечного сечения (S ) и зависит от материала проводника. Эта зависимость выражается формулой: R = p*l/S

р

— это величина, характеризующая материал, из которого сделан проводник. Она называется удельным сопротивлением проводника , её значение равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .

Единицей удельного сопротивления проводника служит: [р] = 1 0м 1 м 2 / 1 м . Часто площадь поперечного сечения измеряют в мм 2 , поэтому в справочниках значения удельного сопротивления проводника приводятся как в Ом м так и в Ом мм 2 / м .

Изменяя длину проводника, а следовательно его сопротивление, можно регулировать силу тока в цепи. Прибор, с помощью которого это можно сделать, называется реостатом .

§ 15. Электрическое сопротивление

Направленному движению электрических зарядов в любом проводнике препятствуют молекулы и атомы этого проводника. Поэтому как внешний участок цепи, так и внутренний (внутри самого источника энергии) оказывают препятствие прохождению тока. Величина, характеризующая противодействие электрической цепи прохождению электрического тока, называется электрическим сопротивлением .
Источник электрической энергии, включенный в замкнутую электрическую цепь, расходует энергию на преодоление сопротивления внешней и внутренней цепей.
Электрическое сопротивление обозначается буквой r и изображается на схемах так, как показано на рис. 14, а.

Единицей измерения сопротивления является ом. Омом называется электрическое сопротивление такого линейного проводника, в котором при неизменяющейся разности потенциалов в один вольт протекает ток силой в один ампер, т. е.

При измерении больших сопротивлений используют единицы в тысячу и в миллион раз больше ома. Они называются килоомом (ком ) и мегомом (Мом ), 1 ком = 1000 ом ; 1 Мом = 1 000 000 ом .
В различных веществах содержится разное количество свободных электронов, а атомы, между которыми эти электроны перемещаются, имеют различное расположение. Поэтому сопротивление проводников электрическому току зависит от материала, из которого они изготовлены, от длины и площади поперечного сечения проводника. Если сравнить два проводника из одного и того же материала, то более длинный проводник имеет большее сопротивление при равных площадях поперечных сечений, а проводник с большим поперечным сечением имеет меньшее сопротивление при равных длинах.
Для относительной оценки электрических свойств материала проводника служит его удельное сопротивление. Удельное сопротивление — это сопротивление металлического проводника длиной 1м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 ; обозначается буквой ρ, и измеряется в
Если проводник, изготовленный из материала с удельным сопротивлением ρ, имеет длину l метров и площадь поперечного сечения q квадратных миллиметров, то сопротивление этого проводника

Формула (18) показывает, что сопротивление проводника прямо пропорционально удельному сопротивлению материала, из которого он изготовлен, а также его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения.
Сопротивление проводников зависит от температуры. Сопротивление металлических проводников с повышением температуры увеличивается. Зависимость эта достаточно сложная, но в относительно узких пределах изменения температуры (примерно до 200° С) можно считать, что для каждого металла существует определенный, так называемый температурный, коэффициент сопротивления (альфа), который выражает прирост сопротивления проводника Δ r при изменении температуры на 1° С, отнесенный к 1 ом начального сопротивления.
Таким образом, температурный коэффициент сопротивления

и прирост сопротивления

Δ r = r 2 — r 1 = α r 2 (T 2 — T 1) (20)

где r 1 — сопротивление проводника при температуре T 1 ;
r 2 — сопротивление того же проводника при температуре T 2 .
Поясним выражение температурного коэффициента сопротивления на примере. Положим, что медный линейный провод при температуре T 1 = 15° имеет сопротивление r 1 = 50 ом , а при температуре T 2 = 75° — r 2 — 62 ом . Следовательно, прирост сопротивления при изменении температуры на 75 — 15 = 60° составляет 62 — 50 = 12 ом . Таким образом, прирост сопротивления, соответствующий изменению температуры на 1°, равен:

Температурный коэффициент сопротивления для меди равен приросту сопротивления, отнесенному к 1 ом начального сопротивления, т. е. разделенному на 50:

На основе формулы (20) можно установить соотношение между сопротивлениями r 2 и r 1:

(21)

Следует иметь в виду, что эта формула представляет собой лишь приближенное выражение зависимости сопротивления от температуры и для измерений сопротивлений при температурах, превышающих 100° С, ее использовать нельзя.
Регулируемые сопротивления называются реостатами (рис. 14, б). Реостаты изготовляют из проволоки с большим удельным сопротивлением, например из нихрома. Сопротивление реостатов может изменяться равномерно или ступенями. Применяют также жидкостные реостаты, представляющие собой металлический сосуд, наполненный каким-либо раствором, проводящим электрический ток, например раствором соды в воде.
Способность проводника пропускать электрический ток характеризуется проводимостью, которая представляет собой величину, обратную сопротивлению, и обозначается буквой g . Единицей измерения проводимости в СИ является (сименс).

Таким образом, соотношение между сопротивлением и проводимостью проводника следующее.

>>Физика: Электрическое сопротивление

Скачать календарно-тематическое планирование по физике , ответы на тесты, задания и ответы школьнику, книги и учебники, курсы учителю по физике для 9 класса

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,

Проведем простейший эксперимент. К автомобильному аккумулятору с помощью двух коротких проводов подключим лампочку из фары машины. Лампочка светится, и довольно ярко. А теперь ту же лампу подключим гораздо более длинными соединителями. Свет явно стал слабее. В чем дело? В сопротивлении проводов.

Что такое электрическое сопротивление

Существуют разные формулировки описания этого явления. Воспользуемся одной из них:

«Электрическое сопротивление – физическая величина, которое характеризует свойство проводника противодействовать протеканию электротока».

В нашем эксперименте провода, подводящие напряжение от аккумулятора к лампочке, оказывают электросопротивление току, протекающему через замкнутую цепь. От источника напряжения – аккумулятора, через провода – проводники, к нагрузке – лампе.

Физическая сущность явления

При подключении нагрузки к источнику напряжения соединителями, возникает замкнутая цепь, в которой появляется электрическое поле, вызывающее направленное движение электронов металла проводов от отрицательного полюса аккумулятора к положительному. Электроны доставляют электроэнергию от источника к нагрузке, и вызывают свечение спирали лампы. На пути своего движения электроны ударяются об ионы кристаллической решетки проводника, теряют часть энергии, которая идет на нагрев материала соединителей.

Еще одно определение: «Причиной появления электросопротивления является результат взаимодействия потока электронов с молекулами (ионами) из которых состоит проводник».

Важное замечание! Хотя электроны движутся от минуса источника напряжения к плюсу, направление электрического тока исторически считается противоположным — от плюса к минусу.

Ток может протекать не только в твердых материалах, металлах, но и в жидких веществах, растворах солей, кислот, щелочей. Там основным переносчиком энергии являются ионы положительного и отрицательного заряда. Например, в автомобильных аккумуляторах ток проходит через водный раствор серной кислоты.

Измерение сопротивления проводников

За единицу электросопротивления в системе СИ принят 1 Ом. Если воспользоваться законом Ома для участка электрической цепи:

I = U / R,

  • I – ток, протекающий в цепи;
  • U – напряжение;
  • R – электросопротивление.

преобразуя формулу R = U / I, можно сказать, что 1 Ом равен отношению напряжения в 1 Вольт к току в 1 Ампер.

R в данной формуле величина постоянная и не зависит от величин напряжения и тока.

Для более крупных значений применяются единицы:

  • 1 кОм = 1 000 Ом;
  • 1 МОм = 1 000 000 Ом;
  • 1 ГОм = 1 000 000 000 Ом.

От чего зависит электросопротивление проводника

В первую очередь оно зависит от материала, из которого сделан соединитель. Разные металлы по-разному препятствуют прохождению электрического тока. Известно, что серебро, медь, алюминий хорошо проводят электроток, а сталь значительно хуже.

Существует понятие удельного электросопротивления материала, которое обозначили греческой буквой р (ро). Эта характеристика зависит только от внутренних свойств вещества, из которого изготовлен проводник. Но его полное сопротивление будет зависть еще и от длины и площади сечения. Вот формула, которая связывает все эти величины:

R = р * L /S,

  • р – удельное сопротивление материала;
  • L — длина;
  • S – площадь поперечного сечения.

Площадь сечения S в практической электротехнике принято считать в кв.мм., тогда размерность р выражается, как Ом*кв.мм/метр.

Вывод: для уменьшения электросопротивления, а значит и потерь в электроцепи, материал должен иметь минимальное удельное сопротивление, а сам проводник быть, как можно короче и иметь достаточно большое поперечное сечение.

Показатели для твердотельных материалов

Материал Материал Удельное электросопротивление (Ом*кв.мм/м)
Серебро 0,016 Никелин (сплав) 0,4
Медь 0,017 Манганин (сплав) 0,43
Золото 0,024 Константан (сплав) 0,5
Алюминий 0,028 Ртуть 0,98
Вольфрам 0,055 Нихром (сплав) 1,1
Сталь 0,1 Фехраль(сплав) 1,3
Свинец 0,21 Графит 13

Из таблицы видно, что для изготовления соединителей, на которых будет теряться минимальное количество электроэнергии, лучше всего подойдут серебро, медь и алюминий, а вот из фехрали и нихрома изготовят термоэлектронагреватели (ТЭНы).

Следует отметить, что все эти значения справедливы для температуры 20 0 С. При повышении температуры удельное электросопротивление металлов растет, при понижении падает, исключение составляет Константан, его удельная характеристика меняется незначительно.

При сильном понижении температуры, близком к абсолютному нулю, сопротивление металлов может стать нулевым, наступает явление сверхпроводимости. Объясняется это тем, что ионы кристаллической решетки «замерзают», перестают колебаться, и не оказывают электронам помех в их движении.

Показатели для жидких проводников

Удельные электросопротивления растворов солей, кислот и щелочей зависят не только от их химического состава, но и от концентрации раствора. Зависимость от температуры обратная, чем у металлов. При нагреве удельное сопротивление падает, при охлаждении растет. Жидкость может замерзнуть при низких температурах и перестать проводить ток.

Наглядный пример – поведение автомобильных аккумуляторов в сильный мороз. Электролит — раствор серной кислоты, при значительных минусовых температурах (-20, -30С 0) увеличивает внутреннее электросопротивление аккумулятора, и полноценная отдача тока стартеру становится невозможной.

Электропроводимость

В некоторых случаях удобнее пользоваться понятием проводимости электротока. Это характеристика измеряется в Сименсах (См):

  • G – проводимость;
  • R – сопротивление,
  • а 1 См = 1/ Ом.

Пример из практики

Получив некоторые сведения об электросопротивлении, стоит провести несложный расчет, и выяснить, как влияют характеристики соединителей на параметры электрических цепей.

Вернемся к простейшей электрической схеме, состоящей из аккумулятора, лампочки и проводов:

  • Напряжение аккумулятора 12,5 В.
  • Лампа имеет мощность 21 Вт.
  • Соединители медные, длина 1 метр х 2 шт., сечение 1,5 кв.мм.

Найдем электросопротивление проводов: R = р* L/S. Подставляем наши данные: R = 0,017*2/1,5 = 0,023 Ом.

Найдем сопротивление лампы. Ее электрическая мощность 21 Вт, при подключении к источнику питания 12,5 В. ток в цепи будет равен:

I = P/U,

  • I – искомый ток;
  • P – мощность лампы;
  • U – напряжение источника.

Подставляем числа: I = 21/12,5 = 1,68 А.

Сопротивление лампы находим по закону Ома для участка цепи. Если I = U/R, то R = U/I. Или: R = 12,5/1,68 = 7,44 Ом.

В расчете мы пренебрегли сопротивлением проводов, оно более чем в 300 раз меньше электросопротивления нагрузки.

Найдем потери мощности на проводах и сравним ее с полезной мощностью нагрузки. Нам известен ток в цепи, известны параметры соединителей, найдем мощность, теряющуюся на проводах:

P = U*I,

заменяем в формуле напряжение согласно закону Ома: U = I*R, подставляем в формулу мощности:

P = I*R*I = I 2 *R.

После подстановки чисел: P = 1,68 2 *0,023 = 0,065 Вт.

Результат отличный, соединители отнимают у нагрузки всего 0,3% мощности.

Но если подключить лампу через длинные провода, (20 метров), да еще и тонкие, сечение 0,75 кв.мм., то картина изменится. Не повторяя здесь весь расчет, можно отметить, что при таких соединителях эффективная мощность лампы снизится почти на 11%, а потери энергии на проводниках составят уже 6%.

Запомним правило — для уменьшения потерь в электрических сетях необходимо снижать электросопротивление проводов, применять медь или алюминий, по возможности сокращать длину и увеличивать сечения проводников.

Что такое сопротивление: видео

При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r , называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а .

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом . На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б . В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

Видео 1. Сопротивление проводников

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

Таблица 1

Удельные сопротивления различных проводников

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

Если при температуре t 0 сопротивление проводника равно r 0 , а при температуре t равно r t , то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим r t :

r t = r 0 .

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r , то проводимость определяется как 1/r . Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Удельное сопротивление: характеристики, особенности, материалы

Удельное сопротивление – это свойство материала, характеризующее его способность препятствовать прохождению электрического тока.

Характеристики электротехнических материалов

Главной характеристикой в электротехнике считается удельная электропроводность, измеряемая в См/м. Она служит коэффициентом пропорциональности между вектором напряжённости поля и плотностью тока. Обозначается часто греческой буквой гамма γ. Удельное сопротивление признано величиной, обратной электропроводности. В результате формула, упомянутая выше, обретает вид: плотность тока прямо пропорциональна напряжённости поля и обратно пропорциональна удельному сопротивлению среды. Единицей измерения становится Ом м.

Рассматриваемое понятие сохраняет актуальность не только для твёрдых сред. К примеру, ток проводят жидкости-электролиты и ионизированные газы. Следовательно, в каждом случае допустимо ввести понятие удельного сопротивления, ведь через среду проходит электрический заряд. Найти в справочниках значения, к примеру, для сварочной дуги сложно по простой причине – подобными задачами не занимаются в достаточной степени. Это не востребовано. С момента обнаружением Дэви накала платиновой пластины электрическим током до внедрения в обиход лампочек накала прошло столетие – по схожей причине не сразу осознали важность, значимость открытия.

Свойство материала

В зависимости от значения величины удельного сопротивления материалы делятся:

  1. У проводников – менее 1/10000 Ом м.
  2. У диэлектриков – свыше 100 млн. Ом м.
  3. Полупроводники по значениям удельного сопротивления находятся между диэлектриками и проводниками.

Эти значения характеризуют исключительно способность тела сопротивляться прохождению электрического тока и не влияют на прочие аспекты (упругость, термостойкость). К примеру, магнитные материалы бывают проводниками, диэлектриками и полупроводниками.

Как образуется в материале проводимость

В современной физике сопротивление и проводимость принято объяснять зонной теорией. Она применима для твёрдых кристаллических тел, атомы решётки которого принимаются неподвижными. Согласно указанной концепции энергия электронов и прочих типов носителей заряда определяется установленными правилами. Выделяют три основные зоны, присущие материалу:

  • Валентная зона содержит электроны, связанные с атомами. В этой области энергия электронов градируется ступенями, а число уровней ограничено. Внешняя из слоёв атома.
  • Запрещённая зона. В этой области носители заряда находиться не вправе. Служит границей раздела двух других зон. У металлов часто отсутствует.
  • Свободная зона расположена выше двух предыдущих. Здесь электроны участвуют свободно в создании электрического тока, а энергия любая. Нет уровней.

Диэлектрики характеризуются высочайшим расположением свободной зоны. При любых мыслимых на Земле естественных условиях материалы электрический ток не проводят. Велика ширина и запрещённой зоны. У металлов масса свободных электронов. А валентная зона одновременно считается областью проводимости – запрещённых состояний нет. В результате подобные материалы обладают малым удельным сопротивлением.

Расчёт уд. сопротивления

На границе контактов атомов образуются промежуточные энергетические уровни, возникают необычные эффекты, используемые физикой полупроводников. Неоднородности создаются намеренно внедрением примесей (акцепторов и доноров). В результате образуются новые энергетические состояния, проявляющие в процессе протекания электрического тока новые свойства, которыми не владел исходный материал.

У полупроводников ширина запрещённой зоны невелика. Под действием внешних сил электроны способны покидать валентную область. Причиной становится электрическое напряжение, нагрев, облучение, прочие типы воздействий. У диэлектриков и полупроводников по мере понижения температуры электроны переходят на пониженные уровни, в результате валентная зона заполняется, а зона проводимости остаётся свободна. Электрический ток не течёт. В соответствии с квантовой теорией класс полупроводников характеризуется как материалы с шириной запрещённой зоны менее 3 эВ.

Энергия Ферми

Важное место в теории проводимости, объяснениях явлений, происходящих в полупроводниках, занимает энергия Ферми. Скрытности добавляют туманную определения термина в литературе. В зарубежной литературе говорится, что уровень Ферми – некое значение в эВ, а энергия Ферми – разница между ним и наименьшим в кристалле. Приведём избранные общие и понятные предложения:

  1. Уровень Ферми – максимальный из всех, присущих электрону в металлах при температуре 0 К. Следовательно, энергией Ферми считается разница между этой цифрой и минимальным уровнем при абсолютном нуле.
  2. Энергетический уровень Ферми – вероятность нахождения электронов составляет 50% при всех температурах, кроме абсолютного нуля.

Энергия Ферми определятся исключительно для температуры 0 К, тогда как уровень существует при любых условиях. В термодинамике понятие характеризует полный химический потенциал всех электронов. Уровень Ферми определяют как работу, затраченную на дополнение объекта единственным электроном. Параметр определяет проводимость материала, помогает понять физику полупроводников.

Уровень Ферми не обязательно существует физически. Известны случаи, когда место пролегания находилось в середине запрещённой зоны. Физически уровень не существует, там нет электронов. Однако параметр заметен при помощи вольтметра: разница потенциалов между двумя точками цепи (показания на дисплее) пропорциональна разнице уровней Ферми этих точек и обратно пропорциональна заряду электрона. Простая зависимость. Допустимо увязать эти параметры с проводимостью и удельным сопротивлением, пользуясь законом Ома для участка цепи.

Материалы с низким удельным сопротивлением

К проводникам относят большинство металлов, графит, электролиты. Такие материалы обладают низким удельным сопротивлением. В металлах положительно заряженные ионы образуют узлы кристаллической решётки, окружённые облаком электронов. Их принято называть общими за вхождение в состав зоны проводимости.

Хотя не до конца понятно, что такое электрон, его принято описывать как частицу, движущуюся внутри кристалла с тепловой скоростью в сотни км/с. Это намного больше, чем нужно, чтобы вывести космический корабль на орбиту. Одновременно скорость дрейфа, образующая электрический ток под действием вектора напряжённости, едва достигает сантиметра в минуту. Поле распространяется в среде со скоростью света (100 тыс. км/ с).

В результате указанных соотношений становится возможным выразить удельную проводимость через физические величины (см. рисунок):

Формула для расчётов

  • Заряд электрона, e.
  • Концентрация свободных носителей, n.
  • Масса электрона, me.
  • Тепловая скорость носителей,
  • Длина свободного пробега электрона, l.

Уровень Ферми для металлов лежит в пределах 3 – 15 эВ, а концентрация свободных носителей почти не зависит от температуры. Поэтому удельная проводимость, а значит, и сопротивление определяется строением молекулярной решётки и её близостью к идеалу, свободой от дефектов. Параметры определяют длину свободного пробега электронов, легко найти в справочниках, если требуется произвести вычисления (к примеру, с целью определения удельного сопротивления).

Лучшей проводимостью обладают металлы с кубической решёткой. Сюда относят и медь. Переходные металлы характеризуются гораздо большим удельным сопротивлением. Проводимость падает с ростом температуры и при высоких частотах переменного тока. В последнем случае наблюдается скин-эффект. Зависимость от температуры линейная выше некого предела, носящего имя нидерландского физика Петера Дебая.

Отмечаются и не столь прямолинейные зависимости. К примеру, температурная обработка стали повышает количество дефектов, что закономерно снижает удельную проводимость материала. Исключением из правила стал отжиг. Процесс снижает плотность дефектов, что за счёт чего удельное сопротивление уменьшается. Яркое влияние оказывает деформация. Для некоторых сплавов механическая обработка приводит к заметному повышению удельного сопротивления.

Объёмное представление свойства

Материалы с высоким удельным сопротивлением

Порой требуется специально удельное сопротивление повысить. Подобная ситуация встречается в случаях с нагревательными приборами и резисторами электронных схем. Вот тогда приходит черед сплавов с высоким удельным сопротивлением (более 0,3 мкОм м). При использовании в составе измерительных приборов предъявляется требование минимального потенциала на границе стыковки с медным контактом.

Наибольшую известность получил нихром. Нередко нагревательные приборы конструируют из дешёвого фехраля (хрупкий, но дешёвый). В зависимости от назначения в сплавы входит медь, марганец и прочие металлы. Это дорогое удовольствие. К примеру, резистор из манганина стоит 30 центов на Алиэкспресс, где цены традиционно ниже магазинных. Встречается даже сплав палладия с иридием. О цене материала не следует говорить вслух.

Резисторы печатных плат часто изготавливают из чистых металлов в виде плёнок методом напыления. Массово применяются хром, тантал, вольфрам, сплавы, среди прочего, нихром.

Вещества, не проводящие электрический ток

Диэлектрики характеризуются впечатляющим удельным сопротивлением. Это не ключевая черта. К диэлектрикам относят материалы, способные перераспределять заряд под действием электрического поля. В результате происходит накопление, что используется в конденсаторах. Степень перераспределения заряда характеризуется диэлектрической проницаемостью. Параметр показывает, во сколько раз возрастает ёмкость конденсатора, где вместо воздуха использован конкретный материал. Отдельные диэлектрики способны проводить и излучать колебания под действием переменного тока. Известно сегнетоэлектричество, обусловленное сменой температур.

В процессе смены направления поля возникают потери. Подобно тому, как магнитная напряжённость частично преобразуется в тепло при воздействии на мягкую сталь. Диэлектрические потери зависят преимущественно от частоты. При необходимости в качестве материалов используют неполярные изоляторы, молекулы которых симметричны, без ярко выраженного электрического момента. Поляризация возникает, если заряды прочно связаны с кристаллической решёткой. Типы поляризации:

  1. Электронная поляризация возникает как результат деформации внешних энергетических оболочек атомов. Обратима. Характерна для неполярных диэлектриков в любой фазе вещества. Из-за малого веса электронов возникает почти мгновенно (единицы фс).
  2. Ионная поляризация распространяется на два порядка медленнее и характерна для веществ с ионной кристаллической решёткой. Соответственно, материалы применяются на частотах до 10 ГГц и обладают большим значением диэлектрической проницаемости (у двуокиси титана – до 90).
  3. Дипольно-релаксационная поляризация намного медленнее. Время совершения составляет сотые доли секунды. Дипольно-релаксационная поляризация характерна для газов и жидкостей и зависит, соответственно, от вязкости (плотности). Прослеживается влияние температуры: эффект образует пик при некотором значении.
  4. Спонтанная поляризация наблюдается у сегнетоэлектриков.

Электрическое сопротивление ~ Электро мастер

Электрическое сопротивление


Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает току  сопротивление – это явление называется электрическим сопротивлением.
Сопротивление обозначается латинскими буквами R, X, Z. Используются также прописные буквы r, x, z.
R – активное сопротивление (омическое)
X – реактивное сопротивление (индуктивное, емкостное)
Z – полное сопротивление (активное)
Размерность сопротивления Ом, размерность записывается так – Ом.
Сопротивление рассчитывается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать по формуле:

R=U/I

где
R – сопротивление
U – разность электрических потенциалов на концах проводника (напряжение)
I – сила тока, протекающая между концами проводника под действием разности потенциалов (напряжения).
Сопротивление различных проводников зависит от материала и называется удельным сопротивление, единица измерения удельного сопротивления Ом*м, а величина удельного сопротивления обозначается символом ρ (ро).

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление проводника может быть рассчитано по формуле:

R= (ρ *l)/S

где
ρ – удельное сопротивление проводника
l – длинна проводника
S – площадь сечения проводника

Удельное сопротивление некоторых веществ (при t 20° C)

Вещество

Удельное сопротивление,  ρ
Ом*мм2

Алюминий

0,028

Вольфрам

0,055

Железо

0,098

Золото

0,023

Константан

0,44-0,52

Латунь

0,025-0,06

Манганин

0,42-0,48

Медь

0,0175

Молибден

0,057

Никелин

0,39-0,45

Никель

0,100

Олово

0,115

Ртуть

0,958

Свинец

0,221

Серебро

0,016

Тантал

0,155

Фехраль

1,1-1,3

Хром

0,027

Цинк

0,059





Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток.
Удельное сопротивление обратно пропорционально электрической проводимости.
Электрическая проводимость – это способность материала пропускать через себя электрический ток.
Из выше изложенного следует – чем меньше сопротивление проводника, тем больше его электрическая проводимость, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.

Виды электрического сопротивления:

Существует четыре вида электрического сопротивления:

1. Омическое сопротивление (активное сопротивление постоянному току)
2. Активное сопротивление (сопротивление переменному току)
3. Индуктивное сопротивление (реактивное сопротивление)
4. Емкостное сопротивление (реактивное сопротивление)

Рассмотрим каждое подробно:

Омическое сопротивление – сопротивление цепи постоянному току вызывающие безвозвратные потери энергии постоянного тока.
Величина омического сопротивления не зависит от величины  тока, это сопротивление материала (удельное сопротивление) и рассчитывается по формуле:

R=U/I

где
R – сопротивление
U – разность электрических потенциалов на концах проводника (напряжение)
I – сила тока, протекающая между концами проводника под действием разности потенциалов (напряжения).

Причиной потерь постоянного тока при омическом сопротивление является преодоление противодействия материала (его удельного сопротивления), энергия затраченная на преодоления противодействия материала превращается в тепловую.

Активное сопротивление – это сопротивление цепи переменному току вызывающие безвозвратные потери энергии переменного тока. Активное сопротивление обозначается латинской буквой Z и рассчитывается по формуле:

Z=R+jX

где
Z – импеданс
R — величина активного сопротивления
X — величина реактивного сопротивления
j — мнимая единица

Основной причиной вызывающей потери при активном сопротивление остается тоже, что и при омическом сопротивление – преодоление противодействия материала. Есть и другие причины, такие как
— поверхностный эффект
— вихревые токи
— потери за счет излучения электромагнитной энергии и др.

Абстрактно омическое и активное сопротивление можно представить как передвижение человека по узкому захламленному (препятствиями) коридору, который основную часть своей энергии будет безвозвратно тратить на преодоление этих препятствий, и чем больше удельное сопротивление проводника, тем захламленнее будет коридор.

Индуктивное сопротивление — обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующее изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности  элемента и частоты  протекающего тока. Не вызывает безвозвратных потерь энергии.
Индуктивное сопротивление рассчитывается по формуле:

XL=ωL=2πfL

где
XL — индуктивное сопротивление проводника переменному току
ω — циклическая частота переменного тока
L — индуктивность проводника (катушки)
f- частота


На преодоление этого противодействия затрачивается часть энергии переменного тока генератора. Вся эта часть энергии полностью превращается в энергию магнитного поля катушки. Когда ток генератора будет убывать, магнитное поле катушки тоже будет убывать, пересекая витки катушки и индуктируя в цепи ток самоиндукции. Теперь ток самоиндукции будет идти в одном направлении с убывающим током генератора. Таким образом, вся энергия затраченная током генератора на преодоление противодействия тока самоиндукции катушки полностью вернулась в цепь в виде энергии электрического тока. Поэтому индуктивное сопротивление является реактивным, что значит не вызывающим безвозвратных потерь энергии.

Абстрактно индуктивное сопротивление можно представить как воду, текущую по трубе в которой установлена крыльчатка (водомер (счетчик воды) который установлен почти в каждой квартире), крыльчатка создает индуктивное сопротивление, чем больше ток (в нашем случае напор воды), тем больше сопротивление, при убывании напора воды крыльчатка пропустить всю оставшуюся воду, так как она крутиться в том же направлении, в которой течет вода. Из этого примера видно что такое индуктивное сопротивление и почему оно не вызывает безвозвратных потерь.

Индуктивную нагрузку (сопротивление) вызывают – индукционные печи и плиты, асинхронные двигатели (пылесосы, миксеры, фены) и т.д.
При индуктивной нагрузке в сеть генеруется реактивная мощность (ток по фазе отстает от напряжения), которая является паразитной и приводит к перегрузке электрический сетей и требует компенсации. Подробнее об этом будет написано в следующих статьях.

Емкостное сопротивление  — величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической емкостью цепи (или ее участка).
Емкостное сопротивление рассчитывается по формуле:

Xc=1/ωC=1/2πfC

где
Xc  — емкостное сопротивление проводника переменному току
C — емкости элемента

Вся энергия затрачиваемая источником тока на преодоление емкостного сопротивления превращается в энергию электрического поля конденсатора. Когда конденсатор будет разряжаться вся энергия электрического поля вернется обратно в цепь в виде энергии электрического тока. Таким образом, емкостное сопротивление является реактивным.

 Абстрактно емкостное сопротивление можно представить как кастрюлю объемом 5 литров, в нашем случае объем кастрюли это не что иное, как ее емкость. При ее наполнении водой до краев, она будет переворачиваться, и вода из неё выливаться, после чего кастрюля будет снова наполняться (так же как и конденсатор при полном заряде будет разряжаться в сеть, после чего вновь заряжаться).

При емкостной нагрузке (конденсаторы) в сеть генерируется активная мощность (ток по фазе опережает напряжение). Активная мощность (конденсаторные батареи) используется для компенсации реактивной мощности.

Материалы имеющие высокое удельное электрическое сопротивление называются. Удельные электрические сопротивления различных сред

Для каждого проводника существует понятие удельного сопротивления. Эта величина состоит из Омов, умножаемых на квадратный миллиметр, далее, делимое на один метр. Иными словами, это сопротивление проводника, длина которого составляет 1 метр, а сечение — 1 мм 2 . То же самое представляет собой и удельное сопротивление меди — уникального металла, получившего широкое распространение в электротехнике и энергетике.

Свойства меди

Благодаря своим свойствам этот металл одним из первых начал применяться в области электричества. Прежде всего, медь является ковким и пластичным материалом с отличными свойствами электропроводимости. До сих пор в энергетике нет равноценной замены этому проводнику.

Особенно ценятся свойства специальной электролитической меди, обладающей высокой чистотой. Этот материал позволил выпускать провода с минимальной толщиной в 10 микрон.

Кроме высокой электропроводности, медь очень хорошо поддается лужению и другим видам обработки.

Медь и ее удельное сопротивление

Любой проводник оказывает сопротивление, если через него пропустить электрический ток. Значение зависит от длины проводника и его сечения, а также от действия определенных температур. Поэтому, удельное сопротивление проводников зависит не только от самого материала, но и от его определенной длины и площади поперечного сечения. Чем легче материал пропускает через себя заряд, тем ниже его сопротивление. Для меди, показатель удельного сопротивления составляет 0,0171 Ом х 1 мм 2 /1 м и лишь немного уступает серебру. Однако, использование серебра в промышленных масштабах экономически невыгодно, поэтому, медь является лучшим проводником, используемым в энергетике.

Удельное сопротивление меди связано и с ее высокой проводимостью. Эти величины прямо противоположны между собой. Свойства меди, как проводника, зависят и от температурного коэффициента сопротивления. Особенно, это касается сопротивление, на которое оказывает влияние температура проводника.

Таким образом, благодаря своим свойствам, медь получила широкое распространение не только в качестве проводника . Этот металл используется в большинстве приборов, устройств и агрегатов, функционирование которых связано с электрическим током.

Электрический ток возникает в результате замыкания цепи с разностью потенциалов на зажимах. Силы поля воздействуют на свободные электроны и они перемещаются по проводнику. В процессе этого путешествия, электроны встречаются с атомами и передают им часть своей накопившейся энергии. В результате этого их скорость уменьшается. Но, из-за воздействия электрического поля, она снова набирает обороты. Таким образом, электроны постоянно испытывают на себе сопротивление, именно поэтому электрический ток нагревается.

Свойство вещества, превращать электроэнергию в тепло во время воздействия тока, и является электрическим сопротивлением и обозначается, как R, его измерительной единицей является Ом. Величина сопротивления зависит, главным образом от способности различных материалов проводить ток.
Впервые, о сопротивляемости заявил немецкий исследователь Г. Ом.

Для того, чтобы узнать зависимость силы тока от сопротивления, известный физик провел множество экспериментов. Для опытов он использовал различные проводники и получал различные показатели.
Первое, что определил Г. Ом — это то, что удельное сопротивление зависит от длинны проводника. То есть, если увеличивалась длинна проводника, сопротивление тоже увеличивалось. В результате, эта связь была определена, как прямо пропорциональная.

Вторая зависимость — это площадь поперечного сечения. Её можно было определить путем поперечного среза проводника. Площадь той фигуры, что образовалась на срезе и есть площадь поперечного сечения. Здесь связь получилась обратно пропорциональная. То есть чем больше была площадь поперечного сечения, тем меньше становилось сопротивление проводника.

И третья, важная величина, от которой зависит сопротивление, это материал. В результате того, что Ом использовал в опытах различные материалы, он обнаружил различные свойства сопротивляемости. Все эти опыты и показатели были сведены в таблицу из которой видно, различное значение удельной сопротивляемости у различных веществ.

Известно, что самые лучшие проводники — металлы. А какие из металлов лучшие проводники? В таблице показано, что наименьшей сопротивляемостью обладают медь и серебро. Медь используется чаще из-за меньшей стоимости, а серебро применяют в наиболее важных и ответственных приборах.

Вещества с высоким удельным сопротивлением в таблице, плохо проводят электрический ток, а значит могут быть прекрасными изоляционными материалами. Вещества обладающие этим свойством в наибольшей степени, это фарфор и эбонит.

Вообще, удельное электрическое сопротивление является очень важным фактором, ведь, определив его показатель, мы можем узнать из какого вещества сделан проводник. Для этого необходимо измерить площадь сечения, узнать силу тока с помощью вольтметра и амперметра, а также измерить напряжение. Таким образом мы узнаем значение удельного сопротивления и, с помощью таблицы легко выйдем на вещество. Получается, что удельное сопротивление — это в роде отпечатков пальцев вещества. Кроме этого, удельное сопротивление важно при планировании длинных электрических цепей: нам необходимо знать этот показатель, чтобы соблюдать баланс между длинной и площадью.

Есть формула, определяющая, что сопротивление равно 1 ОМ, если при напряжении 1В, его сила тока равняется 1А. То есть, сопротивление единичной площади и единичной длинны, сделанного из определенного вещества и есть удельное сопротивление.

Надо отметить также, что показатель удельного сопротивления напрямую зависит от частоты вещества. То есть от того имеет ли он примеси. Та, добавление всего одного процента марганца увеличивает сопротивляемость самого проводящего вещества — меди, в три раза.

Эта таблица демонстрирует величину удельного электрического сопротивления некоторых веществ.



Материалы с высокой проводимостью

Медь
Как мы уже говорили медь чаще всего применяется в качестве проводника. Это объясняется не только её низкой сопротивляемостью. Медь имеет такие преимущества, как высокая прочность, стойкость к коррозии, легкость в использовании и хорошая обрабатываемость. Хорошими марками меди считается М0 и М1. В них количество примесей не превышает 0,1%.

Высокая стоимость металла и его преобладающая в последнее время дефицитность побуждает производителей применять в качестве проводника алюминий. Также, используются сплавы меди с различными металлами.
Алюминий
Этот металл значительно легче меди, но алюминий обладает большими значениями теплоемкости и температуры плавления. В связи с этим для того, что довести его до расплавленного состояния требуется больше энергии, чем меди. Тем не менее нужно учитывать факт дефицитности меди.
В производстве электротехнических изделий применяется, как правило, алюминий марки А1. Он содержит не более 0,5% примесей. А металл наивысшей частоты — это алюминий марки АВ0000.
Железо
Дешевизна и доступность железа омрачается его высокой удельной сопротивляемостью. Кроме того, она быстро подвергается коррозии. По этой причине стальные проводники часто покрывают цинком. Широко используется так называемый биметалл — это сталь покрытая для защиты медью.
Натрий
Натрий, тоже доступный и перспективный материал, но его сопротивляемость почти в три раза больше меди. Кроме того, металлический натрий обладает высокой химической активностью, что обязывает покрывать такой проводник герметичной защитой. Она же должна защищать проводник от механических повреждений, так как натрий очень мягкий и достаточно непрочный материал.

Сверхпроводимость
В таблице ниже, указано удельное сопротивление веществ при температуре 20 градусов. Указание температуры неслучайно, ведь удельное сопротивление напрямую зависит от этого показателя. Это объясняется тем, что при нагревании, повышается и скорость атомов, а значит вероятность встречи их с электронами тоже увеличится.


Интересно, что происходит с сопротивляемостью в условиях охлаждения. Впервые поведение атомов при очень низких температурах заметил Г. Камерлинг-Оннес в 1911 году. Он охладил ртутную проволоку до 4К и обнаружил падение её сопротивляемости до нуля. Изменение показателя удельной сопротивляемости у некоторых сплавов и металлов в условиях низкой температуры, физик назвал сверхпроводимостью.

Сверхпроводники переходят в состояние сверхпроводимости при охлаждении, и, при этом их оптические и структурные характеристики не меняются. Главное открытие состоит в том, что электрические и магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии сильно отличаются от их же свойств в обычном состоянии, а также от свойств других металлов, которые при понижении температуры не могут переходить в это состояние.
Применение сверхпроводников осуществляется, главным образом, в получении сверхсильного магнитного поля, сила которого достигает 107 А/м. Также разрабатываются системы сверхпроводящих линий электропередач.

Похожие материалы.

Что такое удельное сопротивление вещества? Чтобы ответить простыми словами на этот вопрос, нужно вспомнить курс физики и представить физическое воплощение этого определения. Через вещество пропускается электрический ток, а оно, в свою очередь, препятствует с какой-то силой прохождению тока.

Понятие удельного сопротивления вещества

Именно эта величина, которая показывает насколько сильно препятствует вещество току и есть удельное сопротивление (латинская буква «ро»). В международной системе единиц сопротивление выражается в Омах , умноженных на метр. Формула для вычисления звучит так: «Сопротивление умножается на площадь поперечного сечения и делится на длину проводника».

Возникает вопрос: «Почему при нахождении удельного сопротивления используется еще одно сопротивление?». Ответ прост, есть две разных величины — удельное сопротивление и сопротивление. Второе показывает насколько вещество способно препятствовать прохождению через него тока, а первое показывает практически то же самое, только речь идет уже не о веществе в общем смысле, а о проводнике с конкретной длиной и площадью сечения, которые выполнены из этого вещества.

Обратная величина, которая характеризует способность вещества пропускать электричество именуется удельной электрической проводимостью и формула по которой вычисляется удельная сопротивляемость напрямую связана с удельной проводимостью.

Применение меди

Понятие удельного сопротивления широко применяется в вычисление проводимости электрического тока различными металлами. На основе этих вычислений принимаются решения о целесообразности применения того или иного металла для изготовления электрических проводников, которые используются в строительстве, приборостроении и других областях.

Таблица сопротивления металлов

Существуют определенные таблицы? в которых сведены воедино имеющиеся сведения о пропускании и сопротивлении металлов, как правило, эти таблицы рассчитаны для определенных условий.

В частности, широко известна таблица сопротивления металлических монокристаллов при температуре двадцать градусов по Цельсию, а также таблица сопротивления металлов и сплавов.

Этими таблицами пользуются для вычисления различных данных в так называемых идеальных условиях, чтобы вычислить значения для конкретных целей нужно пользоваться формулами.

Медь. Ее характеристики и свойства

Описание вещества и свойства

Медь — это металл, который очень давно был открыт человечеством и также давно применяется для различных технических целей. Медь очень ковкий и пластичный металл с высокой электрической проводимостью, это делает ее очень популярной для изготовления различных проводов и проводников.

Физические свойства меди:

  • температура плавления — 1084 градусов по Цельсию;
  • температура кипения — 2560 градусов по Цельсию;
  • плотность при 20 градусах — 8890 килограмм деленный на кубический метр;
  • удельная теплоемкость при постоянном давлении и температуре 20 градусов — 385 кДж/Дж*кг
  • удельное электрическое сопротивление — 0,01724;

Марки меди

Данный металл можно разделить на несколько групп или марок, каждая из которых имеет свои свойства и свое применение в промышленности:

  1. Марки М00, М0, М1 — отлично подходят для производства кабелей и проводников, при ее переплавке исключается перенасыщение кислородом.
  2. Марки М2 и М3 — дешевые варианты, которые предназначены для мелкого проката и удовлетворяют большинству технических и промышленных задач небольшого масштаба.
  3. Марки М1, М1ф, М1р, М2р, М3р — это дорогие марки меди, которые изготавливаются для конкретного потребителя со специфическими требованиями и запросами.

Между собой марки отличаются по нескольким параметрам:

Влияние примесей на свойства меди

Примеси могут влиять на механические, технические и эксплуатационные свойства продукции.

Понятие об электрическом сопротивлении и проводимости

Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротивления металлических проводников. Свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии. Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электрическому току.

Точно тем же объясняется сопротивление жидких проводников и газов прохождению электрического тока. Однако не следует забывать, что в этих веществах не электроны, а заряженные частицы молекул встречают сопротивление при своем движении.

Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r .

За единицу электрического сопротивления принят ом.

Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм2 при температуре 0° С.

Если, например, электрическое сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом или r = 4ом.

Для измерения сопротивлений большой величины принята единица, называемая мегомом.

Один мегом равен одному миллиону ом.

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.

Следовательно, для характеристики проводника (с точки зрения прохождения через него электрического тока) можно рассматривать не только его сопротивление, но и величину, обратную сопротивлению и называемую, проводимостью.

Электрической проводимостью называется способность материала пропускать через себя электрический ток.

Так как проводимость есть величина, обратная сопротивлению, то и выражается она как 1/R ,обозначается проводимость латинской буквой g.

Влияние материала проводника, его размеров и окружающей температуры на величину электрического сопротивления

Сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены. Для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие так называемого удельного сопротивления.

Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Удельное сопротивление обозначается буквой греческого алфавита р. Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает своим удельным сопротивлением.

Например, удельное сопротивление меди равно 0,017, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,017 ом. Удельное сопротивление алюминия равно 0,03, удельное сопротивление железа — 0,12, удельное сопротивление константана — 0,48, удельное сопротивление нихрома — 1-1,1.



Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.

Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.

Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой, т. е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т. е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.

Электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь площадь поперечного сечения проводника :

R = р l / S ,

Где — R — сопротивление проводника, ом, l — длина в проводника в м, S — площадь поперечного сечения проводника, мм 2 .

Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле:

S = π d 2 / 4

Где π — постоянная величина, равная 3,14; d — диаметр проводника.

А так определяется длина проводника:

l = S R / p ,

Эта формула дает возможность определить длину проводника, его сечение и удельное сопротивление, если известны остальные величины, входящие в формулу.

Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формулу приводят к следующему виду:

S = р l / R

Преобразуя ту же формулу и решив равенство относительно р, найдем удельное сопротивление проводника:

р = R S / l

Последней формулой приходится пользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же трудно определим по внешнему виду. Для этого надо определить удельное сопротивление проводника и, пользуясь таблицей, найти материал, обладающий таким удельным сопротивлением.

Еще одной причиной, влияющей на сопротивление проводников, является температура .

Установлено, что с повышением температуры сопротивление металлических проводников возрастает, а с понижением уменьшается. Это увеличение или уменьшение сопротивления для проводников из чистых металлов почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°C . Сопротивление жидких проводников и угля с увеличением температуры уменьшается.

Электронная теория строения вещества дает следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При нагревании проводник получает тепловую энергию, которая неизбежно передается всем атомам вещества, в результате чего возрастает интенсивность их движения. Возросшее движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов, отчего и возрастает сопротивление проводника. С понижением же температуры создаются лучшие условия для направленного движения электронов, и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов .

Сверхпроводимость , т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре — 273° C , называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 ом сантиметр [Ом·см] = 0,01 ом метр [Ом·м]

Исходная величина

Преобразованная величина

ом метр ом сантиметр ом дюйм микроом сантиметр микроом дюйм абом сантиметр статом на сантиметр круговой мил ом на фут ом кв. миллиметр на метр

Общие сведения

Как только электричество покинуло лаборатории учёных и стало широко внедряться в практику повседневной жизни, встал вопрос о поиске материалов, обладающих определёнными, порой совершенно противоположными, характеристиками по отношению к протеканию через них электрического тока.

Например, при передаче электрической энергии на дальнее расстояние, к материалу проводов предъявлялись требования минимизации потерь из-за джоулева нагрева в сочетании с малыми весовыми характеристиками. Примером тому являются всем знакомые высоковольтные линии электропередач, выполненные из алюминиевых проводов со стальным сердечником.

Или, наоборот, для создания компактных трубчатых электронагревателей требовались материалы с относительно высоким электрическим сопротивлением и высокой термостойкостью. Простейшим примером прибора, в котором применяются материалы с подобными свойствами, может служить конфорка обыкновенной кухонной электроплиты.

От проводников, используемых в биологии и медицине в качестве электродов, зондов и щупов, требуется высокая химическая устойчивость и совместимость с биоматериалами в сочетании с малым контактным сопротивлением.

К разработке такого ныне привычного всем прибора, как лампа накаливания, свои усилия приложила целая плеяда изобретателей из разных стран: Англии, России, Германии, Венгрии и США. Томас Эдисон, проведя более тысячи опытов проверки свойств материалов, подходящих на роль нитей накала, создал лампу с платиновой спиралью. Лампы Эдисона, хотя и имели высокий срок эксплуатации, но не были практичными из-за высокой стоимости исходного материала.

Последующие работы русского изобретателя Лодыгина, предложившего использовать в качестве материалов нити относительно дешёвые тугоплавкие вольфрам и молибден с более высоким удельным сопротивлением, нашли практическое применение. К тому же Лодыгин предложил откачивать из баллонов ламп накаливания воздух, заменяя его инертными или благородными газами, что привело к созданию современных ламп накаливания. Пионером массового производства доступных и долговечных электрических ламп стала компания General Electric, которой Лодыгин переуступил права на свои патенты и далее успешно работал в лабораториях компании долгое время.

Этот перечень можно продолжать, поскольку пытливый человеческий ум настолько изобретателен, что порой для решения определённой технической задачи ему нужны материалы с невиданными доселе свойствами или с невероятными сочетаниями этих свойств. Природа уже не успевает за нашими аппетитами и учёные всех стран мира включились в гонку создания материалов, не имеющих природных аналогов.

Одной из важнейших характеристик как природных, так и синтезированных материалов является удельное электрическое сопротивление. Примером электрического прибора, в котором в чистом виде применяется это свойство, может служить плавкий предохранитель, защищающий нашу электро- и электронную аппаратуру от воздействия тока, превышающего допустимые значения.

При этом надо заметить, что именно самодельные заменители стандартных предохранителей, выполненные без знаний удельного сопротивления материала, порой служат причиной не только выгорания различных элементов электрических схем, но и возникновения пожаров в домах и возгорания проводки в автомобилях.

То же самое относится и к замене предохранителей в силовых сетях, когда вместо предохранителя меньшего номинала устанавливается предохранитель с большим номиналом тока срабатывания. Это приводит к перегреву электропроводки и даже, как следствие, к возникновению пожаров с печальными последствиями. Особенно это присуще каркасным домам.

Историческая справка

Понятие удельного электрического сопротивление появилось благодаря трудам известного немецкого физика Георга Ома, который теоретически обосновал и в ходе многочисленных экспериментов доказал связь между силой тока, электродвижущей силой батареи и сопротивлением всех частей цепи, открыв таким образом закон элементарной электрической цепи, названным затем его именем. Ом исследовал зависимость величины протекающего тока от величины приложенного напряжения, от длины и формы материала проводника, а также от рода материала, используемого в качестве проводящей среды.

При этом надо отдать должное работам сэра Гемфри Дэви, английского химика, физика и геолога, который первым установил зависимости электрического сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения, а также отметил зависимость электропроводности от температуры.

Исследуя зависимости протекания электрического тока от рода материалов, Ом обнаружил, что каждый доступный ему проводящий материал обладал некоторой присущей только ему характеристикой сопротивления протеканию тока.

Надо заметить, что во времена Ома один из самых обыкновенных ныне проводников — алюминий — имел статус особо драгоценного металла, поэтому Ом ограничился опытами с медью, серебром, золотом, платиной, цинком, оловом, свинцом и железом.

В конечном итоге Ом ввёл понятие удельного электрического сопротивления материала как фундаментальной характеристики, совершенно ничего не зная ни о природе протекания тока в металлах, ни о зависимости их сопротивления от температуры.

Удельное электрическое сопротивление. Определение

Удельное электрическое сопротивление или просто удельное сопротивление — фундаментальная физическая характеристика проводящего материала, которая характеризует способность вещества препятствовать похождению электрического тока. Обозначается греческой буквой ρ (произносится как ро) и рассчитывается исходя из эмпирической формулы для расчёта сопротивления, полученной Георгом Омом.

или, отсюда

где R — сопротивление в Омах, S — площадь в м²/, L — длина в м

Размерность удельного электрического сопротивления в Международной системе единиц СИ выражается в Ом м.

Это сопротивление проводника длиной в 1 м и площадью поперечного сечения в 1 м²/ величиной в 1 Ом.

В электротехнике, для удобства расчётов, принято пользоваться производной величины удельного электрического сопротивления, выражаемой в Ом мм²/м. Значения удельного сопротивления для наиболее распространённых металлов и их сплавов можно найти в соответствующих справочниках.

В таблицах 1 и 2 приведены значения удельных сопротивлений различных наиболее распространённых материалов.

Таблица 1. Удельное сопротивление некоторых металлов

Таблица 2. Удельное сопротивление распространенных сплавов

Удельные электрические сопротивления различных сред. Физика явлений

Удельные электрические сопротивления металлов и их сплавов, полупроводников и диэлектриков

Сегодня, вооружённые знаниями, мы в состоянии заранее просчитать удельное электрическое сопротивление любого, как природного, так и синтезированного материала исходя из его химического состава и предполагаемого физического состояния.

Эти знания помогают нам лучшим образом использовать возможности материалов, порой весьма экзотические и уникальные.

В силу сложившихся представлений, с точки зрения физики твёрдые тела подразделяются на кристаллические, поликристаллические и аморфные вещества.

Проще всего, в смысле технического расчёта удельного сопротивления или его измерения, дело обстоит с аморфными веществами. Они не имеют выраженной кристаллической структуры (хотя и могут иметь микроскопические включения таковых веществ), относительно однородны по химическому составу и проявляют характерные для данного материала свойства.

У поликристаллических веществ, образованных совокупностью относительно мелких кристаллов одного химического состава, поведение свойств не очень отличается от поведения аморфных веществ, поскольку удельное электрическое сопротивление, как правило, определяется как интегральное совокупное свойство данного образца материала.

Сложнее дело обстоит с кристаллическими веществами, особенно с монокристаллами, которые имеют различное удельное электрическое сопротивление и другие электрические характеристики относительно осей симметрии их кристаллов. Это свойство называется анизотропией кристалла и широко используется в технике, в частности, в радиотехнических схемах кварцевых генераторов, где стабильность частоты определяется именно генерацией частот, присущих данному кристаллу кварца.

Каждый из нас, являясь обладателем компьютера, планшета, мобильного телефона или смартфона, включая владельцев наручных электронных часов вплоть до iWatch, одновременно является обладателем кристаллика кварца. По этому можно судить о масштабах использования в электронике кварцевых резонаторов, исчисляемых десятками миллиардов.

Помимо прочего, удельное сопротивление многих материалов, особенно полупроводников, зависит от температуры, поэтому справочные данные обычно приводятся с указанием температуры измерения, обычно равной 20 °С.

Уникальные свойства платины, имеющей постоянную и хорошо изученную зависимость удельного электрического сопротивления от температуры, а также возможность получения металла высокой чистоты послужили предпосылкой создания на её основе датчиков в широком диапазоне температур.

Для металлов разброс справочных значений удельного сопротивления обусловлен способами изготовления образцов и химической чистотой металла данного образца.

Для сплавов более сильный разброс справочных значений удельного сопротивления обусловлен способами изготовления образцов и непостоянством состава сплава.

Удельное электрическое сопротивление жидкостей (электролитов)

В основе понимания удельного сопротивления жидкостей лежат теории термической диссоциации и подвижности катионов и анионов. Например, в самой распространённой жидкости на Земле – обыкновенной воде, некоторая часть её молекул под воздействием температуры распадается на ионы: катионы Н+ и анионы ОН– . При подаче внешнего напряжения на электроды, погружённые в воду при обычных условиях, возникает ток, обусловленный перемещением вышеупомянутых ионов. Как выяснилось, в воде образуются целые ассоциации молекул — кластеры, порой соединяющимися с катионами Н+ или анионами ОН–. Поэтому передача ионов кластерами под воздействием электрического напряжения происходит так: принимая ион в направлении приложенного электрического поля с одной стороны, кластер «сбрасывает» аналогичный ион с другой стороны. Наличие в воде кластеров прекрасно объясняет тот научный факт, что при температуре около 4 °C вода имеет наибольшую плотность. Большая часть молекул воды при этом находится в кластерах из-за действия водородных и ковалентных связей, практически в квазикристаллическом состоянии; термодиссоциация при этом минимальна, а образование кристаллов льда, который имеет более низкую плотность (лёд плавает в воде), ещё не началось.

В целом проявляется более сильная зависимость удельного сопротивления жидкостей от температуры, поэтому эта характеристика всегда измеряется при температуре в 293 K, что соответствует температуре 20 °C.

Помимо воды имеется большое число других растворителей, способных создавать катионы и анионы растворяемых веществ. Знание и измерение удельного сопротивления таких растворов также имеет большое практическое значение.

Для водных растворов солей, кислот и щелочей существенную роль в определении удельного сопротивления раствора играет концентрация растворённого вещества. Примером может служить следующая таблица, в которой приведены значения удельных сопротивлений различных растворённых в воде веществ при температуре 18 °С:

Таблица 3. Значения удельных сопротивлений различных растворённых в воде веществ при температуре 18 °С

Данные таблиц взяты из Краткого физико-технического справочника, Том 1, — М.: 1960

Удельное сопротивление изоляторов

Огромное значение в отраслях электротехники, электроники, радиотехники и робототехники играет целый класс различных веществ, имеющий относительно высокое удельное сопротивление. Вне зависимости от их агрегатного состояния, будь оно твёрдое, жидкое или газообразное, такие вещества называются изоляторами. Такие материалы используются для изолирования отдельных частей электрических схем друг от друга.

Примером твёрдых изоляторов может служить всем знакомая гибкая изолента, благодаря которой мы восстанавливаем изоляцию при соединении различных проводов. Многим знакомы фарфоровые изоляторы подвески воздушных линий электропередач, текстолитовые платы с электронными компонентами, входящими в состав большинства изделий электронной техники, керамика, стекло и многие другие материалы. Современные твёрдые изоляционные материалы на базе пластмасс и эластомеров делают безопасным использование электрического тока различных напряжений в самых разнообразных устройствах и приборах.

Помимо твёрдых изоляторов широкое применение в электротехнике находят жидкие изоляторы с высоким удельным сопротивлением. В силовых трансформаторах электросетей жидкое трансформаторное масло предотвращает межвитковые пробои из-за ЭДС самоиндукции, надёжно изолируя витки обмоток. В масляных выключателях масло используется для гашения электрической дуги, которая возникает при переключении источников тока. Конденсаторное масло используется для создания компактных конденсаторов с высокими электрическими характеристиками; помимо этих масел в качестве жидких изоляторов используются природное касторовое масло и синтетические масла.

При нормальном атмосферном давлении все газы и их смеси являются с точки зрения электротехники отличными изоляторами, но благородные газы (ксенон, аргон, неон, криптон) в силу их инертности обладают более высоким удельным сопротивлением, что широко используется в некоторых областях техники.

Но самым распространённым изолятором служит воздух, в основном состоящий из молекулярного азота (75% по массе), молекулярного кислорода (23,15% по массе), аргона (1,3% по массе), углекислого газа, водорода, воды и некоторой примеси различных благородных газов. Он изолирует протекание тока в обычных бытовых выключателях света, переключателях тока на основе реле, магнитных пускателях и механических рубильниках. Необходимо отметить, что снижение давления газов или их смесей ниже атмосферного приводит к росту их удельного электрического сопротивления. Идеальным изолятором в этом смысле является вакуум.

Удельное электрическое сопротивление различных грунтов

Одним из важнейших способов защиты человека от поражающего действия электрического тока при авариях электроустановок является устройство защитного заземления.

Оно представляет собой преднамеренное соединение кожуха или корпуса электроустройств с защитным заземляющим устройством. Обычно заземление выполняется в виде зарытых в землю на глубину более 2,5 метра стальных или медных полос, труб, стержней или уголков, которые в случае аварии обеспечивают протекание тока по контуру устройство — корпус или кожух — земля — нулевой провод источника переменного тока. Сопротивление этого контура должно быть не более 4 Ом. В этом случае напряжение на корпусе аварийного устройства снижается до безопасного для человека величин, а автоматические устройства защиты электрической цепи тем или иным способом производят отключение аварийного устройства.

При расчёте элементов защитного заземления существенную роль играет знание удельного сопротивления грунтов, которое может варьироваться в широких пределах.

Сообразуясь с данными справочных таблиц, выбирается площадь заземляющего устройства, по ней вычисляется количество заземляющих элементов и собственно конструкция всего устройства. Соединение элементов конструкции устройства защитного заземления производится сваркой.

Электротомография

Электроразведка изучает приповерхностную геологическую среду, применяется для поиска рудных и нерудных полезных ископаемых и других объектов на основе исследования различных искусственных электрических и электромагнитных полей. Частным случаем электроразведки является электротомография (Electrical Resistivity Tomography) — метод определения свойств горных пород по их удельному сопротивлению.

Суть метода заключается в том, что при определённом положении источника электрического поля проводятся замеры напряжения на различных зондах, затем источник поля перемещают в другое место или переключают на другой источник и повторяют измерения. Источники поля и зонды-приёмники поля размещают на поверхности и в скважинах.

Затем полученные данные обрабатываются и интерпретируются с помощью современных компьютерных методов обработки, позволяющих визуализировать информацию в виде двухмерных и трёхмерных изображений.

Являясь очень точным методом поиска, электротомография оказывает неоценимую помощь геологам, археологам и палеозоологам.

Определение формы залегания месторождений полезных ископаемых и границ их распространения (оконтуривание) позволяет выявить залегание жильных залежей полезных ископаемых, что существенно снижает затраты на их последующую разработку.

Археологам этот метод поиска даёт ценную информацию о расположении древних захоронений и наличия в них артефактов, тем самым сокращая затраты на раскопки.

Палеозоологи с помощью электротомографии ищут окаменевшие останки древних животных; результаты их работ можно увидеть в музеях естественных наук в виде поражающих воображение реконструкций скелетов доисторической мегафауны.

Кроме того, электротомография применяется при возведении и при последующей эксплуатации инженерных сооружений: высотных зданий, плотин, дамб, насыпей и других.

Определения удельного сопротивления на практике

Порой для решения практических задач перед нами может встать задача определения состава вещества, например, проволоки для резака пенополистирола. Имеем два мотка проволоки подходящего диаметра из различных неизвестных нам материалов. Для решения задачи необходимо найти их удельное электрическое сопротивление и далее по разнице найденных значений или по справочной таблице определить материал проволоки.

Отмерим рулеткой и отрежем по 2 метра проволоки от каждого образца. Определим диаметры проволок d₁ и d₂ микрометром. Включив мультиметр на нижний предел измерения сопротивлений, измеряем сопротивление образца R₁. Повторяем процедуру для другого образца и также измеряем его сопротивление R₂.

Учтём, что площадь поперечного сечения проволок рассчитывается по формуле

S = π · d 2 /4

Теперь формула для расчёта удельного электрического сопротивления будет выглядеть следующим образом

ρ = R · π · d 2 /4 · L

Подставляя полученные значения L, d₁ и R₁ в формулу для расчёта удельного сопротивления, приведенную в статье выше, вычисляем значение ρ₁ для первого образца.

ρ 1 = 0,12 ом мм 2 /м

Подставляя полученные значения L, d₂ и R₂ в формулу, вычисляем значение ρ₂ для второго образца.

ρ 2 = 1,2 ом мм 2 /м

Из сравнения значений ρ₁ и ρ₂ со справочными данными вышеприведенной Таблицы 2, делаем вывод, что материалом первого образца является сталь, а второго — нихром, из которого и изготовим струну резака.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Что такое сопротивление? | HIOKI E.E. CORPORATION

Что такое электрическое сопротивление? Объяснение основ сопротивления, методов расчета и резисторов

Обзор

Если вы, как и многие люди, возможно, слышали об электрическом сопротивлении, но не совсем понимаете его. Тем не менее, вы можете не решаться спрашивать людей об этом сейчас. Проще говоря, электрическое сопротивление — это сила, которая противодействует потоку электричества.

Сопротивление влияет на ток электричества.Эта страница предлагает базовые знания об электрическом сопротивлении, а также подробное объяснение таких тем, как методы расчета и резисторы.

Что такое сопротивление?

Сопротивление электричеству, то есть электрическое сопротивление, представляет собой силу, противодействующую прохождению тока. Таким образом, он служит индикатором того, насколько трудно течь току. Значения сопротивления выражены в омах (Ом).

Когда между двумя клеммами существует разность электронов, электричество будет течь от высокого к низкому.Сопротивление противодействует этому потоку. Чем больше сопротивление, тем меньше ток. И наоборот, чем меньше сопротивление, тем больше ток.

Расчет сопротивления

Электрическое сопротивление можно рассчитать как значение, используя напряжение и ток в цепи.

  • Сопротивление = напряжение / ток

Эта формула известна как закон Ома. Если напряжение остается постоянным, значение сопротивления будет уменьшаться по мере увеличения тока (знаменатель).И наоборот, значение сопротивления будет увеличиваться при уменьшении тока. Другими словами, электрическое сопротивление низкое в цепях с большими токами и высокое в цепях с небольшими токами.

В принципе, сопротивление определяется типом и температурой вещества, через которое проходит электричество, а также его длиной. Вообще говоря, электричество легче проходит через металлы из-за их низкого электрического сопротивления, которое зависит от типа металла и увеличивается в следующем порядке: серебро → медь → золото → алюминий → железо.Кроме того, сопротивление уменьшается с повышением температуры, а повышение температуры означает увеличение сопротивления.

Кроме того, электрическое сопротивление увеличивается с увеличением длины, по которой должен пройти ток. Проводники с большой площадью поперечного сечения имеют низкое сопротивление, поскольку через них легче проходит электричество, а проводники с малой площадью поперечного сечения имеют более высокое сопротивление.

Взаимосвязь между площадью поперечного сечения вещества и величиной протекающего тока

Что такое резисторы?

Резисторы — это электронные компоненты, которые препятствуют прохождению электрического тока в цепи.Резисторы используются в электрических цепях для регулировки тока и напряжения, почти так же, как смесители используются для регулировки потока водопроводной воды. Их можно использовать не только для управления протеканием тока, но и для распределения напряжения в цепи.

Электронным схемам необходимы резисторы для работы в соответствующих условиях. Резисторы изготовлены из материалов, которые препятствуют прохождению электрического тока через них. Таким образом, они могут контролировать протекание тока по цепи.Когда ток уменьшается с помощью резистора, избыточная электрическая энергия преобразуется в тепло.

Резисторы

Резисторы доступны в различных типах, включая следующие основные разновидности:

  • Постоянные резисторы
  • Переменные резисторы
  • Потенциометры

Основные типы постоянных резисторов включают углеродно-пленочные резисторы и металлопленочные резисторы. , которые содержат углеродное или металлическое покрытие соответственно. Эти резисторы имеют фиксированные значения сопротивления.У переменных резисторов есть значения сопротивления, которые можно изменять. Потенциометры — это тип переменного резистора, который используется для точной настройки напряжения и тока.

Переменный резистор

Методы измерения сопротивления

Сопротивление в цепи можно измерить с помощью цифрового мультиметра. Эти инструменты могут измерять не только сопротивление, но также напряжение, ток и другие параметры, что делает их полезным инструментом в самых разных ситуациях. Чтобы использовать цифровой мультиметр, включите прибор и установите его в режим сопротивления (Ω).

Выберите необходимый диапазон в зависимости от значения сопротивления объекта измерения. Вставьте штекер красного измерительного провода в клемму «Ω», а разъем черного измерительного провода — в клемму COM. Затем поместите щупы в контакт с обоими концами резистора. Проверьте результат измерения, отображаемый на ЖК-экране прибора. По завершении измерения отсоедините измерительные провода от резистора.

На сопротивление влияет множество факторов, включая температуру.Некоторые цифровые мультиметры предоставляют возможность применения поправок для учета внешних воздействий, например, в виде функции преобразования температуры измерителя сопротивления. Следовательно, при покупке цифрового мультиметра рекомендуется проверить работоспособность доступных моделей.

Резисторы необходимы для обеспечения надлежащего протекания тока.

Сопротивление служит индикатором, который количественно определяет, насколько легко ток будет протекать в цепи, используя в качестве единицы измерения Ом (Ом).Ток увеличивается при уменьшении сопротивления и уменьшается при увеличении сопротивления. Резисторы необходимы для обеспечения протекания тока в цепях на соответствующем уровне. Для измерения сопротивления в конкретных приложениях используются различные резисторы.

Цифровые мультиметры необходимы для определения правильности работы резисторов. Почему бы не попробовать измерить сопротивление, используя метод, описанный выше?

Как использовать

Сопутствующие товары

Узнать больше

Электрическое сопротивление | IOPSpark

Электрическое сопротивление

Электричество и магнетизм

Сопротивление электрическое

Глоссарий Определение для 16-19

Описание

Электрическое сопротивление компонента в электрической цепи — это свойство, которое описывает, как электрический ток в компоненте связан с разностью электрических потенциалов (напряжением) на нем.Чем больше сопротивление, тем меньше ток для данной разности потенциалов и тем больше разность потенциалов для заданного тока.

Электрическое сопротивление обычно обозначается символом R .

Электрическое сопротивление для некоторого компонента определяется уравнением

R = В I

, где В — это разность электрических потенциалов на компоненте, а I — соответствующий электрический ток.

Обсуждение

Сопротивление и закон Ома
Для компонента, который подчиняется закону Ома, электрический ток, I , в компоненте прямо пропорционален разности потенциалов, В на нем, при условии, что температура компонента и другие физические условия сохраняются. постоянный. График V против I или I против V , тогда представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Компонент имеет такое характерное поведение и характеристический график, потому что его сопротивление не изменяется при изменении тока.

Закон Ома — это не закон физики. Это наблюдение и формализация поведения некоторых материалов. Таким образом, это полезный способ отличить «омические проводники» (те, которые подчиняются закону Ома) от «неомических».

Если компонент не подчиняется закону Ома, график не будет прямой линией. Его сопротивление изменяется при изменении силы тока.

В обоих случаях (омическое и неомическое поведение) сопротивление компонента при любом заданном значении тока или разности потенциалов можно вычислить из определения сопротивления:

R = V I

Рис. 1. Ток I протекает в образце материала в электрической цепи.Разность потенциалов на образце составляет В .

Сопротивление и температура
На сопротивление влияет температура, см. Удельное электрическое сопротивление.

Сопротивление изготовленных резисторов обычно указывается для определенной температуры. Также часто указывается максимальная рабочая мощность, выше которой результирующее повышение температуры значительно изменяет сопротивление компонента.

Сопротивление и проводимость
Электрическое сопротивление обратно пропорционально электрической проводимости.

Единица СИ

Ом, Ом

Выражается в базовых единицах СИ

кг м 2 с -3 A -2

Математические выражения
  • R = V I

    , где V — это разность электрических потенциалов на компоненте с сопротивлением R и I — соответствующим током.

  • P и равно; В Я и равно; I 2 R & равно; В 2 R

    где P — мощность, рассеиваемая в компоненте с сопротивлением R , В, — это разность электрических потенциалов на нем, а I — ток.

  • R = ρ L A

    , где R — сопротивление образца материала длиной L , равномерной площадью поперечного сечения A и удельным сопротивлением ρ.

Связанные записи
  • Электропроводность
  • Электропроводность, электрическая
  • Ток электрический
  • Emf
  • Разность потенциалов, электрическая
  • Мощность
  • Удельное электрическое сопротивление
  • Напряжение
В контексте

Компоненты схемы имеют огромный диапазон сопротивлений.Поставщики компонентов для электронных схем обычно продают резисторы от нескольких Ом до нескольких МОм. Нагревательный элемент электрического чайника, рассчитанный на мощность около 1 кВт при подключении к сети 230 В, имеет сопротивление около 50 Ом. Лампа фонаря, предназначенная для использования с батареей 3 В, при использовании имеет сопротивление около 10 Ом.

Соединительные провода в цепи обычно считаются имеющими незначительное сопротивление, поскольку их сопротивление очень мало по сравнению с сопротивлением других компонентов в цепи.Например, медный провод длиной 0,1 м и диаметром 0,5 мм имеет сопротивление около 0,01 Ом. Изоляторы, такие как покрытия электрических выводов, обычно считаются имеющими бесконечное сопротивление, поскольку их сопротивления намного больше, чем у других элементов в цепи. В целях электробезопасности сопротивление между цепью под напряжением (предназначенной для работы от источника питания 230 Ом в Великобритании) и землей рядом с местом нахождения устройства должно быть не менее 25 МОм.

Электрическое сопротивление | Инжиниринг | Fandom

Резистор

Электрическое сопротивление — это мера степени, в которой объект препятствует прохождению электрического тока.

Как измерено []

В системе СИ единицей электрического сопротивления является ом. Его обратная величина составляет . Электропроводность , измеренная в сименсах.

Что такое сопротивление []

Сопротивление — это свойство любого объекта или вещества сопротивляться или противодействовать прохождению электрического тока. Величина сопротивления в электрической цепи определяет количество тока, протекающего в цепи для любого заданного напряжения, приложенного к цепи. Соответствующая формула:

R = V / I

где

R — сопротивление объекта, обычно измеряемое в омах.
В — разность потенциалов на объекте, обычно измеряемая в вольтах (постоянный ток).
I — ток, проходящий через объект, обычно измеряемый в амперах

Характеристика []

Для самых разных материалов и условий электрическое сопротивление не зависит от величины протекающего тока или величины приложенного напряжения. В можно измерить непосредственно на объекте или рассчитать путем вычитания напряжений относительно контрольной точки.Первый метод проще для одного объекта и, вероятно, будет более точным. Также могут возникнуть проблемы с предыдущим методом, если напряжение питания переменного тока и два измерения от контрольной точки не совпадают по фазе друг с другом.

Резистивные потери []

Когда ток I протекает через объект с сопротивлением R , электрическая энергия преобразуется в тепло со скоростью (мощностью), равной

где

P — мощность, измеренная в ваттах
I — ток, измеренный в амперах
R — сопротивление, измеренное в омах

Этот эффект полезен в некоторых приложениях, таких как лампы накаливания освещение и электрическое отопление, но нежелательно при передаче энергии.Обычные способы борьбы с резистивными потерями включают использование более толстого провода и более высоких напряжений. Сверхпроводящий провод используется в специальных приложениях.

Сопротивление проводника []

Сопротивление постоянному току []

Пока плотность тока в проводнике полностью однородна, сопротивление постоянному току R проводника с регулярным поперечным сечением можно вычислить как

где

L — длина проводника, измеренная в метрах
A — площадь поперечного сечения, измеренная в квадратных метрах
ρ (греч. Rho) — удельное электрическое сопротивление ( также называется удельным электрическим сопротивлением () материала, измеряемым в Ом · метр.Удельное сопротивление — это мера способности материала противодействовать прохождению электрического тока.

По практическим причинам почти любое подключение к реальному проводнику почти наверняка будет означать, что плотность тока не является полностью однородной. Однако эта формула по-прежнему дает хорошее приближение для длинных тонких проводников, таких как провода.

Сопротивление переменного тока []

Если провод проводит высокочастотный переменный ток, то эффективная площадь поперечного сечения провода, доступная для проведения тока, уменьшается.(См. Скин-эффект).

Формула Термана дает диаметр проволоки, сопротивление которой увеличится на 10%.

где

— рабочая частота, измеренная в герцах (Гц)
— диаметр провода в миллиметрах.

Эта формула применима к изолированным проводам. В проводнике в непосредственной близости от других проводников фактическое сопротивление выше из-за эффекта близости.

Причины сопротивления []

Металлы []

Металл состоит из решетки атомов, каждый из которых имеет оболочку из электронов. Внешние электроны могут диссоциировать от своих родительских атомов и путешествовать через решетку, делая металл проводником. Когда к металлу прикладывается электрический потенциал (напряжение), электроны дрейфуют от одного конца проводника к другому под действием электрического поля. В реальном материале атомная решетка никогда не бывает идеально регулярной, поэтому ее несовершенства рассеивают электроны и вызывают сопротивление.Повышение температуры заставляет атомы вибрировать сильнее, вызывая еще больше столкновений и еще больше увеличивая сопротивление.

Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше электронов может переносить ток, поэтому тем ниже сопротивление. Чем длиннее проводник, тем больше случаев рассеяния происходит на пути каждого электрона через материал, поэтому тем выше сопротивление. [1]

В полупроводниках и изоляторах []

Полупроводники обладают свойствами, которые частично уступают свойствам металлов и изоляторов.Силиконовый бульон имеет сероватый металлический блеск, как металл, но хрупкий, как стекло. Можно управлять резистивными свойствами полупроводниковых материалов, легируя эти материалы атомарными элементами, такими как мышьяк или бор, которые создают электроны или дырки, которые могут перемещаться по решетке материала.

В ионных жидкостях / электролитах []

В электролитах электрическая проводимость осуществляется не зонными электронами или дырками, а движущимися целыми атомными частицами (ионами), каждый из которых несет электрический заряд.Удельное сопротивление ионных жидкостей сильно зависит от концентрации соли — в то время как дистиллированная вода является почти изолятором, соленая вода является очень эффективным проводником электричества. В клеточных мембранах токи переносятся ионными солями. Небольшие отверстия в мембранах, называемые ионными каналами, избирательны по отношению к определенным ионам и определяют сопротивление мембраны.

Сопротивление различных материалов []

Теория лент []

Уровни энергии электронов в изоляторе.

Квантовая механика утверждает, что энергия электрона в атоме не может быть произвольной величиной.Скорее, существуют фиксированные уровни энергии, которые могут занимать электроны, и значения между этими уровнями невозможны. Уровни энергии сгруппированы в две зоны: валентная зона и зона проводимости (последняя обычно выше первой). Электроны в зоне проводимости могут свободно перемещаться по веществу в присутствии электрического поля.

В изоляторах и полупроводниках атомы вещества влияют друг на друга так, что между валентной зоной и зоной проводимости существует запрещенная зона энергетических уровней, которую электроны просто не могут занять.Для протекания тока электрону необходимо передать относительно большое количество энергии, чтобы он мог перепрыгнуть через этот запрещенный промежуток в зону проводимости. Таким образом, большие напряжения дают относительно малые токи.

Дифференциальное сопротивление []

Когда сопротивление может зависеть от напряжения и тока, дифференциальное сопротивление , инкрементное сопротивление или наклонное сопротивление определяется как наклон графика V-I в определенной точке, таким образом:

Эту величину иногда называют просто сопротивлением , хотя эти два определения эквивалентны только для омического компонента, такого как идеальный резистор.Если график V-I не является монотонным (т. Е. Имеет пик или впадину), дифференциальное сопротивление будет отрицательным для некоторых значений напряжения и тока. Это свойство часто называют отрицательным сопротивлением , хотя правильнее его называть отрицательным дифференциальным сопротивлением , поскольку абсолютное сопротивление В, / I остается положительным.

Температурная зависимость []

Около комнатной температуры электрическое сопротивление типичного металлического проводника увеличивается на линейно с температурой:

,

где a — коэффициент термического сопротивления.

Электрическое сопротивление типичного собственного (нелегированного) полупроводника экспоненциально уменьшается с температурой:

При повышении температуры, начиная с абсолютного нуля, примесные (легированные) полупроводники сначала уменьшают сопротивление, когда носители покидают доноры или акцепторы, а затем, когда большинство доноров или акцепторов теряют свои носители, сопротивление снова начинает немного увеличиваться из-за уменьшение подвижности носителей (как в металле), а затем, наконец, начинают вести себя как собственные полупроводники, поскольку носители от доноров / акцепторов становятся незначительными по сравнению с термически генерируемыми носителями

Электрическое сопротивление электролитов и изоляторов сильно нелинейно и зависит от конкретного случая, поэтому здесь не приводятся обобщенные уравнения.

См. Также []

Внешние ссылки []

Что такое электрическое сопротивление? — Codrey Electronics

Электрическое сопротивление электрического проводника является мерой трудности пропускания электрического тока через этот проводник. Внутри проводника беспорядочно движутся свободные электроны. Когда к нему приложен электрический потенциал i с, электроны сталкиваются с другими атомами и молекулами проводника. Атомы и молекулы создают препятствие для потока электронов.Это электрическое сопротивление называется сопротивлением.

Каждый материал обладает свойством сопротивления, потому что в каждом проводнике есть атомы, а состав материалов различен. Если материал имеет меньшую электропроводность, это означает, что сопротивление этого материала высокое.

Если мы приложим к проводнику толкающую силу или электродвижущую силу (ЭДС), электроны будут легко перемещаться. Это указывает на низкое сопротивление. С другой стороны, если мы применим тот же E.М.Ф. к изолятору он будет производить небольшой поток электронов. Следовательно, сопротивление изолятора высокое. Таким образом, проводник, такой как медь, золото и т. Д., Имеет меньшее сопротивление, в то время как изоляторы, такие как дерево, стекло и т. Д., Имеют более высокое сопротивление.

Единиц сопротивления

Сопротивление выражается в Ом и обозначается греческой заглавной буквой Ω (Омега). Во многих сценариях нам приходится иметь дело с материалами, имеющими более высокое сопротивление, и, таким образом, находить ом для практических наблюдений.По этой причине обычно используются две большие величины или кратные Ом, то есть килоом (кОм) и мегаом (МОм).

1 килоОм = 1 кОм = 1000 Ом

1 МОм = 1 МОм = 1000 КОм = 1000000 Ом

Здесь «K» (килограммы) представляют 1000 раз, что равно 10 3 , а «M» (мега) представляет миллион раз, что равно 10 6 .

Законы сопротивления

На сопротивление любого материала влияют четыре физические величины проводника.Это длина, площадь поперечного сечения, удельное сопротивление и температура. Это сопротивление можно оценить, используя следующие четыре закона.

Первый закон

Значение сопротивления (R) прямо пропорционально длине проводника. Закон можно выразить уравнением R α L / A . Его можно записать как R = ρ L / A . тогда как «ρ» (rho) является константой пропорциональности (также известной как удельное сопротивление или удельное сопротивление), а «L» представляет длину (L) проводника.

Первый закон представлен утверждением R α L . Это означает, что при увеличении длины проводника увеличивается и сопротивление. Таким же образом, если длина проводника уменьшается, сопротивление уменьшается.

Второй закон

Из формулы R α L / A, сопротивление обратно пропорционально площади проводника. Второй закон сопротивления дается утверждением R α 1 / A .Это означает, что при увеличении длины или площади проводника сопротивление уменьшается, и наоборот.

Третий закон

Третий закон сопротивления гласит, что сопротивление проводника зависит от типа или природы. Это определяется как удельное сопротивление материала.

Удельное сопротивление (удельное сопротивление)

Определяется как мера того, насколько сильно материал противодействует прохождению электрического тока. Сопротивление токопроводящей проволоки зависит от материала, из которого она изготовлена.У каждого проводника свое удельное сопротивление. Удельное сопротивление обозначается буквой ρ.

Согласно нашей формуле сопротивления,

R = ρL / A

ρ = RA / L

Следовательно, удельное сопротивление прямо пропорционально площади проводника и обратно пропорционально длине проводника. Это означает, что увеличение длины снижает удельное сопротивление и наоборот. А увеличение площади увеличивает удельное сопротивление материала.

Единица удельного сопротивления = Ом × м × м / м = Ом × м

Четвертый закон

Проводимость материала будет больше, если удельное сопротивление этого материала меньше, а если удельное сопротивление выше, проводимость материала будет меньше.Таким образом, проводимость материала обратно пропорциональна удельному сопротивлению. Электропроводность обозначается σ.

Эта проводимость зависит от температуры. Четвертый закон сопротивления гласит, что повышение температуры увеличивает сопротивление проводника.

σ = 1 / ρ

Единица измерения проводимости — 1 / Ом × м или Сименс.

Влияние температуры на резистор

Сопротивление резистора изменяется при изменении температуры окружающей среды.Температурный коэффициент обычно используется для отображения изменения. Температурный коэффициент резистора — это величина изменения резистора на изменение температуры на градус Цельсия. Обозначается как α. Если резистор имеет положительный температурный коэффициент, то при повышении температуры сопротивление резистора также увеличивается. Если резистор имеет температурный коэффициент –ve, то при повышении температуры сопротивление резистора уменьшается.

Влияние давления на резистор

Удельное сопротивление проводника не сильно изменяется при небольших изменениях давления, но только в том случае, если изменение давления достигает 1 мегабар i.е. 1 мбар. Таким образом, до тех пор, пока не будет приложено такое большое давление, в резисторе не произойдет заметных изменений. Однако, если давление увеличивается, сопротивление резистора уменьшается.

Почти каждая электронная схема состоит из резистора. Никакая электрическая цепь не может работать без резисторов, потому что контроль напряжения — это самая важная вещь в цепи. Резисторы — незамеченные герои электроники, без которых невозможно построить сложные электронные системы.

Electric Resistance — обзор

XVII.Серотонин влияет на электрическое сопротивление пиальных сосудов

Электрическое сопротивление церебральных эндотелиальных клеток вполне сопоставимо с сопротивлением клеточной мембраны нервных клеток или мышечных клеток (Katz, 1966). Электрическое сопротивление пиальных сосудов очень высокое (от 1800 до 2000 Ом · см 2 ) без разницы между небольшими венозными капиллярами и венулами (Crone and Olesen, 1982). Применение нескольких нейрохимических медиаторов либо на просветной, либо на аблюминальной стороне вызывает снижение электрического сопротивления пиальных микрососудов, что указывает на повышенную проницаемость (Olesen, 1989, см. Таблицу 6).Применение серотонина на пиальных венулах уменьшало электрическое сопротивление микрососудов дозозависимым образом (Olesen, 1985, 1989). Этот эффект блокировался антагонистом серотониновых рецепторов 5-HT2 кетансерином и блокатором каналов Ca 2+ L-типа верапамилом (Olesen, 1989). Этот эффект серотонина наблюдается только при нанесении амина на просвет просвета (Olesen, 1989).

Таблица 6. Влияние серотонина на проницаемость ГЭБ

– 9066
Доза серотонина Маршрут Виды Tracer Результат Ссылка
HRP +++ Westergaard (1975, 1978, 1980)
6 × 10 от −7 до 8 M на кг iv Крысиный болюс Evans blue Габбиани и др. (1970); Saria et al. (1983)
от 1 до 10 мкг внутривенно, icv Крыса [14C] Инулин Эванс синий Hardebo et al. (1981)
10–50 мкг icv Cat [14C] Альбумин — — Solomon (1974)
10 2 от 9012 до 6 M люминал лягушка аблюминальный Электрическое сопротивление +++ Олесен (1985)
— — Олесен (1985)
способность вызывать разрушение ГЭБ посредством опосредованного рецептором эффекта через каналы Ca 2+ (Olesen, 1985).Сообщалось также о подобном участии Ca 2+ в индуцированной гистамином проницаемости (Mayhan and Joyner, 1984; Olesen, 1989, подробности см. В главе 13). Похоже, что стимуляция эндотелиальных клеток серотонинергическими или гистаминергическими рецепторами вызывает повышение внутриклеточного Ca 2+ , что приводит к увеличению проницаемости микрососудов. Повышение внутриклеточного Ca 2+ вызвано высвобождением Ca 2+ из внутриклеточных хранилищ и / или притоком Ca 2+ через клеточную мембрану (Hallam and Pearson, 1986; Morgan-Boyd et al. al., 1987).

Удаление внеклеточного Ca 2+ ингибирует индуцированное гистамином разрушение ГЭБ (Haraldsson et al. , 1986), указывая на то, что приток Ca 2+ через клеточную мембрану через рецептор-зависимый Ca 2+ каналы являются ключевым фактором увеличения проницаемости (Lansman et al. , 1987).

Сигнальная молекула, опосредующая высвобождение Ca 2+ из эндоплазматического ретикулума в тромбоцитах и ​​гладкомышечных клетках сосудов, представляет собой инозитолтрифосфат (Nishizuka, 1984).Стимуляция эндотелиальных клеток, вызванная различными агонистами рецепторов, приводит к образованию инозитолтрифосфатов (Brock and Gimborne, 1986; Olesen, 1989). Похоже, что в эти явления вовлечены различные другие вторичные мессенджеры и циклические нуклеотиды. Однако для детального прояснения этих событий необходимы дальнейшие исследования.

Электрическое сопротивление: определение, единицы измерения и переменные — стенограмма видео и урока

Коэффициент удельного сопротивления

«Удельное сопротивление» ужасно похоже на «сопротивление», но на самом деле это две разные вещи. Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого сделан объект, в то время как сопротивление зависит от нескольких других характеристик объекта. В каждом материале есть электроны, которые могут свободно перемещаться между атомами, и другие электроны, которые прочно связаны с атомами. Когда свободные электроны пытаются пройти через проводник, они имеют тенденцию сталкиваться с самыми удаленными электронами атомов, что препятствует их движению. Материалы с большим количеством прочно связанных электронов и, следовательно, с меньшим количеством свободных электронов, имеют более высокое удельное сопротивление.

Возвращаясь к тому времени, когда я был в торговом центре, были люди, которые двигались в толпе, пытаясь добраться до магазинов, как и я, так что они действительно не влияли на мой прогресс. Эти люди и я были подобны свободным электронам. Потом были другие люди, которые просто стояли, смотрели в окна, разговаривали с друзьями или просто отдыхали. Именно с этими людьми было трудно справиться, и они мешали моему прогрессу. Они были похожи на сильно связанные внешние электроны атомов, которые просто не двигались.Если бы я пошел в другой торговый центр, где стояло меньше людей и больше людей двигалось, тогда этот торговый центр имел бы более низкое удельное сопротивление, чем первый.

Размерный коэффициент

При увеличении длины провода увеличивается и сопротивление.

Удельное сопротивление — один из факторов, влияющих на общее сопротивление объекта, но размеры объекта также играют роль. В частности, на сопротивление провода сильно влияют его длина и диаметр.Увеличение длины провода увеличивает его сопротивление, потому что электроны будут испытывать больше столкновений, когда они текут от одного конца к другому. Вернувшись в торговый центр, если бы мне пришлось проходить большее расстояние между магазинами, я неизбежно столкнулся бы с большим количеством людей, которые просто стояли вокруг, и по пути я потерял бы больше энергии.

С другой стороны, сопротивление провода уменьшается по мере увеличения его диаметра, потому что электроны имеют большую площадь поперечного сечения для движения, что снижает вероятность столкновений.Если бы торговый центр был отремонтирован, чтобы сделать его шире, тогда люди могли бы рассредоточиться немного больше, что дало бы мне больше места для маневра, вместо того, чтобы натыкаться на них.

Температурный коэффициент

Повышение температуры проводящего объекта приведет к увеличению его сопротивления. Чтобы понять, почему это происходит, давайте вернемся к моей поездке в торговый центр. Помните всех тех людей, которые просто стояли, смотрели в окна и разговаривали со своими друзьями? Поскольку они не двигались, я смог уклониться от некоторых из них и избежать столкновения.Но теперь представьте, что по какой-то причине все они начали немного двигаться, делая отдельные шаги в случайных направлениях: шаг вперед, шаг назад, шаг влево, шаг вправо. Теперь, когда я пытался протиснуться мимо, они могли натолкнуться на меня, и у меня было больше столкновений, чем раньше!

Это очень похоже на то, что происходит с электроном, пытающимся пройти через нагретый проводник. Когда температура проводника увеличивается, атомы начинают вибрировать от добавленной тепловой энергии.Они очень слабо двигаются во всех направлениях, вызывая больше столкновений со свободными электронами, пытающимися обойтись. С повышением температуры увеличивается размер вибраций и, следовательно, количество столкновений.

Практическое применение сопротивления

Нагревательные элементы преобразуют электрическую энергию в тепловую.

Сопротивление в цепи — не всегда плохо, потому что мы можем целенаправленно применять его для создания полезных устройств.Лампы накаливания — частый пример этого. Нить накала в лампочке имеет очень высокое сопротивление, из-за чего электроны теряют большую часть своей энергии в этой части цепи. Эта энергия преобразуется в тепло, которое, в свою очередь, заставляет нить накаливать добела и испускать свет.

Говоря о нагреве, ваша электрическая духовка, фен, обогреватель, сушилка для белья и утюг — все это примеры устройств, в которых используются нагревательные элементы. Нагревательный элемент — это не что иное, как проводник с высоким сопротивлением, преобразующий электрическую энергию в тепловую.Мы также можем использовать сопротивление, чтобы контролировать, сколько тока течет в цепи. Есть ли в вашем доме диммер? Диммерный переключатель — это переменный резистор, который используется для изменения сопротивления электрической цепи. Увеличение сопротивления уменьшает количество тока, идущего к свету, что, в свою очередь, делает его менее ярким. Обратное верно, если мы уменьшим сопротивление, что позволит большему току достигать света и светить более ярко. Сопротивление может быть очень полезным, если оно применяется преднамеренно.

Краткое содержание урока

Сопротивление , выраженное в единицах Ом, является мерой того, насколько объект препятствует прохождению электрического тока, то есть потока электронов. На сопротивление объекта влияет несколько факторов. Одним из таких факторов является удельное сопротивление материала, из которого изготовлен объект. Удельное сопротивление — это свойство материала, связанное с количеством присутствующих свободных электронов. Размеры объекта, и особенно провода, также влияют на сопротивление.Увеличение длины, которую должны пройти электроны, увеличит сопротивление, в то время как увеличение площади поперечного сечения, через которое будут проходить электроны, уменьшит сопротивление. Последним фактором, влияющим на сопротивление объекта, является температура. С увеличением температуры проводника увеличивается и его сопротивление. Многие полезные устройства намеренно используют сопротивление для генерации тепла, света или для управления током в других устройствах.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

  • Объяснять, что такое электрическое сопротивление
  • Укажите единицу измерения электрического сопротивления
  • Разница между удельным сопротивлением и сопротивлением
  • Опишите, как каждый из трех факторов сопротивления увеличивает или уменьшает сопротивление
  • Обобщите, как повседневные устройства используют сопротивление для генерации тепла или света
Сопротивление

: закон Ома.Что такое электрическое сопротивление?

Что такое электрическое сопротивление?

Когда электроны проходят через лампочку или другой проводник, проводник действительно создает препятствие для тока. Это препятствие называется электрическим сопротивлением .

  • Чем длиннее проводник, тем выше сопротивление.
  • Чем меньше площадь, тем выше сопротивление.

Каждый материал имеет электрическое сопротивление, и это причина того, что проводник выделяет тепло, когда через него проходит ток.

Сопротивление — это мера того, насколько объект препятствует прохождению электронов. Единицей измерения электрического сопротивления является ом, который представлен как Ω

.

У каждого материала есть сопротивление. Медь имеет низкое сопротивление, а древесина — высокое. Например, метр меди имеет сопротивление всего 1 Ом, а метр дерева имеет сопротивление 10 000 000 Ом

Нам нужно сопротивление, чтобы уменьшить поток электронов через цепь, поэтому мы можем построить резисторы, которые будут вести себя как электрическое сопротивление.Справа резистор, используемый в электронной промышленности.

Считывание значений резистора

Сопротивление резисторов указывается с помощью цветных полос на корпусе резистора. Первые три цветные полосы указывают номинал резистора в Ом. Первая полоса сообщает нам первую цифру, вторая полоса сообщает нам вторую цифру, а третья полоса сообщает нам количество нулей

Примеры:

A) Если первая полоса зеленая (5), вторая цифра — синяя (6), а третья полоса — оранжевая (3), номинал резистора составляет 56000 Ом.Поскольку 1000 Ом = 1 К, получаем 56 кОм

Б) красный, красный, желтый. Итак, у нас 2, 2, 0000 или 220.000 Ом

Упражнения

1. Какие номиналы резисторов обозначены следующими цветными полосами? (A) красный, черный, красный (B) серый, красный, оранжевый (C) оранжевый, белый, синий (D) зеленый, белый, черный 2. Каковы цветовые коды для следующих значений сопротивления? (A) 2,2 кОм (B) 270 (C) 56 кОм 3. Каковы максимальные и минимальные значения резистора следующих цветов: красный, оранжевый, коричневый с золотой полосой допуска

Проектирование резисторной сети.Резисторы последовательно.

Иногда вам нужен резистор определенного типа, но у вас его нет под рукой или его просто нет. К счастью, можно использовать несколько разных резисторов в комбинации, чтобы получить практически любой уровень сопротивления, например, если у вас есть 2 резистора по 20 Ом и вам нужен резистор на 40 Ом, просто сложите их последовательно, так что Rt = R1 + R2 + ……… (Последовательный) .

На рисунке вы видите три резистора, но на этот раз они подключены параллельно.Каждый электрон будет проходить через один из трех резисторов. Эти три резистора имеют эквивалентный резистор:

.

1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

Хорошо, но почему?

Давайте проведем аналогию с дорожным движением и поговорим об электронах как об автомобилях. Это изображение трех возможных ситуаций взимания платы за проезд на автомагистрали.
1º В первом случае у нас односторонний путь. Во-первых, кондуктор, низкое сопротивление и жидкий трафик. Позже, резистор включен последовательно с проводом, так что это узкое место, через которое электронам трудно перемещаться.Позже проводник снова с электронами движется лучше.
2º. Во втором случае мы добавляем два резистора последовательно, поэтому общее сопротивление будет увеличено, следовательно, меньше электронов будет течь по проводнику.
3º Совершенно очевидно, что добавление резисторов параллельно имело бы общий эффект «построения трехуровневой схемы». полосная автомагистраль », уменьшая общее сопротивление и увеличивая общую скорость потока автомобилей (поток электронов) по проводу. В случае добавления дополнительных резисторов параллельно создается меньшее общее сопротивление.

В батарее химическая энергия преобразуется в электрическую. Электрические заряды приобретают электрический потенциал и кинетическую энергию, проходя через батарею.

Средняя кинетическая энергия движущихся зарядов остается прежней. Потерянная потенциальная энергия преобразуется в тепло по мере движения зарядов по цепи.

Запомните некоторые важные концепции

1ºЭлектричество — это движение электронов в материале.Электрон течет, как поток воды в ручье, поэтому мы называем это электрическим током. Ток (I) — это количество электронов, которые проходят через провод за секунду. Ток измеряется в Amp

Вам нужно что-то, чтобы передать энергию электронам. Вам нужен аккумулятор, и его мощность называется напряжением. Чем выше напряжение, тем больше мощности для движения электронов в цепи. Напряжение (В): «давление или энергия», заставляющая электроны течь по контурам. Аккумулятор обеспечивает «давление».”Сопротивление (R) — это сила, противодействующая току, например, от лампочки. Сопротивление измеряется в Ом (Ом)

Закон Ома

Существует взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Ток в цепи (ампер) прямо пропорционален приложенной разности потенциалов (вольт) и обратно пропорционален сопротивлению цепи (сопротивлению). I = v / r

Пример:

I = v / r Аккумулятор на девять вольт обеспечивает питание лампочки с сопротивлением 18 Ом.Сколько тока проходит через лампочку? Решение: подставьте значения для V (напряжение) и R (сопротивление).

Заданий:

1º Настенная розетка на 110 В обеспечивает питание телевизора с сопротивлением 2200 Ом. Сколько тока проходит через телевизор? 2º Через проигрыватель компакт-дисков с сопротивлением 40 Ом протекает ток 0,1 А. Подсчитайте, сколько вольт питает проигрыватель компакт-дисков.

Выберите свой ответ: a) 10,0 вольт b) 0,0025 вольт c) 400,0 вольт и d) 4.0 вольт

3º В этой цепи рассчитайте:

а) полное сопротивление в цепи

б) полный ток, протекающий в точке А

c) Ток в R1 и R2

г) Напряжение в R1 и R2

4º В этой цепи резисторы включены параллельно:

Вычислить:

А) общее сопротивление в цепи

B) общий ток, протекающий в точке B, и ток в точках C и D

C) напряжение на R1 и R2

Словарь:

узкое место : 1.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *