Электрическое сопротивление проводника. Единица сопротивления 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Эксперименты Георга Ома

 

Начнем с того, что расскажем, каким образом пришли к такой физической величине, как электрическое сопротивление. При изучении начал электростатики уже шла речь о том, что различные вещества имеют различные свойства проводимости, т. е. пропускания свободных заряженных частиц: металлы имеют хорошую проводимость, поэтому их называют проводниками, дерево и пластики – крайне плохую, поэтому их называют непроводниками (диэлектриками). Объясняются такие свойства особенностями молекулярного строения вещества.

 

Первые эксперименты по изучению свойств проводимости веществ проводились несколькими учеными, но в историю вошли опыты немецкого ученого Георга Ома (1789-1854) (рис. 1).

Рис. 1. Георг Ом (Источник)

Опыты Ома заключались в следующем. Он использовал источник тока, прибор, который мог регистрировать силу тока, и различные проводники. Подключая в собранную электрическую схему различные проводники, он убедился в общей тенденции: при увеличении напряжения в цепи сила тока тоже увеличивалась. Кроме этого, Ом пронаблюдал очень важное явление: при подключении различных проводников зависимость нарастания силы тока при увеличении напряжения проявляла себя по-разному. Графически такие зависимости можно изобразить, как на рисунке 2.

Рис. 2.

На графике по оси абсцисс отложено напряжение, по оси ординат – сила тока. В системе координат отложено два графика, которые демонстрируют, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью по мере увеличения напряжения.

Вследствие проведенных экспериментов Георг Ом делает вывод о том, что различные проводники обладают различными свойствами проводимости. Из-за этого было введено такое понятие, как электрическое сопротивление.

 

Электрическое сопротивление

 

 

Определение. Физическая величина, характеризующая свойство проводника влиять на протекающий по нему электрический ток, называется электрическим сопротивлением.

 

Обозначение: R.

Единица измерения: Ом.

В результате упомянутых экспериментов было выяснено, что взаимосвязь между напряжением и силой тока в цепи зависит не только от вещества проводника, но и от его размеров, о чем пойдет речь в отдельном уроке.

Обсудим более подробно возникновение такого понятия, как электрическое сопротивление. На сегодняшний день его природа достаточно хорошо объяснена. В процессе движения свободных электронов они постоянно взаимодействуют с ионами, которые входят в строение кристаллической решетки. Таким образом, замедление движения электронов в веществе из-за столкновений с узлами кристаллической решетки (атомами) обусловливает проявление электрического сопротивления.

Кроме электрического сопротивления вводится еще связанная с ним величина – электрическая проводимость, которая взаимообратна к сопротивлению.

Опишем зависимости между величинами, которые мы ввели на нескольких последних уроках. Нам уже известно, что при увеличении напряжения растет и сила тока в цепи, т.  е. они пропорциональны:

С другой стороны, при увеличении сопротивления проводника наблюдается уменьшение силы тока, т. е. они обратно пропорциональны:

Эксперименты показали, что эти две зависимости приводят к следующей формуле:

Следовательно, из этого можно получить, каким образом выражается 1 Ом:

Определение. 1 Ом – такое сопротивление, при котором на концах проводника напряжение 1 В, а сила тока на нем при этом 1 А.

Сопротивление 1 Ом очень маленькое, поэтому, как правило, на практике используются проводники с гораздо большим сопротивлением 1 кОм, 1 Мом и т. д.

В завершение можно сделать вывод о том, что сила тока, напряжение и сопротивление – это взаимосвязанные величины, которые влияют друг на друга. Подробно об этом мы поговорим на следующем уроке.

 

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И.  И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Школа для электрика (Источник)
2. Электротехника (Источник)

 

Домашнее задание

1. Стр. 99: вопросы № 1–4, упражнение № 18. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
2. Если напряжение на резисторе – 8 В, сила тока равна 0,2 А. При каком напряжении сила тока в резисторе будет равна 0,3 А?
3. Электрическую лампочку подключили к сети 220 В. Каково сопротивление лампочки, если при замкнутом ключе амперметр, включенный в цепь, показывает 0,25 А?
4. Подготовьте доклад о биографии жизни и научных открытиях ученых, положивших начало изучению законов постоянного тока.

 

II.

Электрическое сопротивление проводника

Электрическое сопротивление проводника: 1) величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току;

2) структурный элемент электрической цепи, включаемый в цепь для ограничения или регулирования силы тока.

Электрическое сопротивление металлов зависит от материала проводника, его длины и поперечного сечения, температуры и состояния проводника (давления, механических сил растяжения и сжатия, т.е. внешних факторов, влияющих на кристаллическое строение металлических проводников).

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника:

,

где  — удельное сопротивление проводника;

l – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника.

Зависимость сопротивления проводника от температуры:

или ,

где R_t – сопротивление при температуре t ⁰C;

R₀ – сопротивление при 0 ⁰C;

— температурный коэффициент сопротивления, который показывает, как изменяется сопротивление проводника по отношению к его сопротивлению при 0 ⁰C, если температура изменяется на один градус;

T – термодинамическая температура.

Соединения сопротивлений: последовательное, параллельное, смешанное.

а) Последовательное соединение сопротивлений представляет собой систему проводников (сопротивлений), которые включены один за другим, так что через каждое из сопротивлений протекает один и тот же ток:

I = I₁ = I₂ == I_n.

Напряжение при последовательном соединении сопротивлений равно сумме напряжений на каждом из сопротивлений:

.

Напряжение на каждом из последовательно соединенных сопротивлений пропорционально значению данного сопротивления:

.

Распределение напряжения по последовательно соединенным элементам цепи (делитель напряжения):

,

где U₀ – напряжение на всем соединении;

U – напряжение на участке цепи с сопротивлением R₁;

R – полное сопротивление соединения;

R₁ – сопротивление участка цепи с выбранным сопротивлением.

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме отдельно взятых сопротивлений и оно больше наибольшего из включенных:

.

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении n одинаковых сопротивлений:

,

где n – число сопротивлений, включенных последовательно;

R₁ = значение отдельно взятого сопротивления.

б) Параллельное соединение сопротивлений:

признаком такого соединения является разветвление тока I на отдельные токи через соответствующие сопротивления. При этом ток I равен сумме токов через отдельно взятое сопротивление:

.

Общее напряжение при параллельном соединении равно напряжению на отдельно взятом сопротивлении:

U = U₁ = U₂ = = U_i.

Связь между током и сопротивлением при параллельном соединении: при параллельном соединении сопротивлений токи в отдельных проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям:

.

Величина, обратная полному сопротивлению цепи (общая проводимость) при параллельном соединении, равна сумме проводимостей отдельно взятых проводников. При этом общее сопротивление цепи меньше наименьшего сопротивления из включенных:

; .

Общая проводимость цепи при параллельном соединении n проводников:

G_пар = nG₁,

где G_пар – проводимость цепи;

G₁ – проводимость отдельного взятого проводника.

Шунтирование электроизмерительных приборов – расширение предела измерения тока с помощью электроизмерительного прибора, к которому присоединяют параллельно проводник с малым сопротивлением (шунт). В этом случае

,

где I_п – ток, протекающий через прибор;

I – ток в цепи;

n = R_п/R_ш – отношение сопротивления прибора R_п к сопротивлению шунта R_ш.

Добавочное сопротивление – сопротивление, которое присоединяют последовательно к электроизмерительному прибору для расширения предела измерения напряжения. При этом

,

где U_п – напряжение на приборе;

U – напряжение в цепи;

N = R_д/R_п – отношение величины добавочного сопротивления к сопротивлению прибора.

Электрическая проводимость – физическая величина, обратная сопротивлению проводника:

.

Сверхпроводимость – свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определенной критической температуры T_k, характерной для данного материала.

Связь удельной проводимости с удельным сопротивлением (удельным электрическим сопротивлением) :

; .

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры:

,

где _t – удельное сопротивление при температуре t ⁰C;

₀ – удельное сопротивление при 0 ⁰C;

— температурный коэффициент сопротивления, который показывает, как изменяется удельное сопротивление проводника по отношению к его удельному сопротивлению при 0 ⁰C, если температура изменяется на один градус.

Задания: 1. Ознакомиться с применяемыми в работе электроизмерительными приборами. Результаты занести в табл. 1.

Таблица 1.

Наименование прибора	Заводской номер	Инвентарный номер	Система	Класс точности	Предел измерений	Число делений шкалы	Цена деления	Абсолютная погрешность	Внутреннее сопротивление	Чувствительность

2. Измерить удельное электрическое сопротивление.

1. Измерить микрометром в нескольких местах рабочей части проводника его диаметр. Рассчитать среднее значение диаметра.

2. Установить подвижный контакт на 0,5  0,7 от длины рабочей части проводника. Занести значение длины в таблицу 2.

3. Включить установку в сеть переменного тока с напряжением 220 В. При этом должна загореться индикаторная лампочка.

4. Провести измерения тока и напряжения. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2.

№ п/п	<d> 10-3, м	<d> 10-3, м	ℓ, м	<ℓ> 10-3, м	U, В	I 10-3, А	 10—6 Омм	<> 10—6, Омм	, %	<> 10—6, Омм

5. Отключить установку. Установить подвижный контакт на другое значение рабочей части исследуемого проводника. Вновь включить установку и определить новые значения тока и напряжения.

Примечание. Изменение длины рабочей части проводника, определение тока и напряжения проводятся 3-5 раз.

6. Так как

,

то

, (1)

где  — удельное электросопротивление проводника;

ℓ — длина проводника;

S — площадь поперечного сечения.

По формуле (1) рассчитать удельное электрическое сопротивление исследуемого проводника и среднее его значение.

7. Рассчитать относительные погрешности проведенных измерений по формуле

, (2)

где — погрешность вольтметра;

— приборная погрешность миллиамперметра;

 — задается преподавателем;

d, ℓ — определяются известными методами.

9. Зная среднее значение <> рассчитать среднее значение абсолютной погрешности <>.

10. Записать полученный результат в виде доверительного интервала

.

Электрическое сопротивление — определение, единица измерения, формула, измерение

Когда электрический ток течет через лампочку или любой проводник, проводник создает некоторое препятствие для тока, и это препятствие известно как электрическое сопротивление и обозначается буквой R. Каждый материал имеет электрическое сопротивление, и именно поэтому проводники выделяют тепло при прохождении через них тока. В следующих нескольких разделах давайте подробно изучим электрическое сопротивление.

Что такое электрическое сопротивление?

Согласно закону Ома, существует зависимость между током, протекающим по проводнику, и разностью потенциалов на нем. Дано,

В ∝ I В = ИК

Где,

В – разность потенциалов, измеренная на проводнике (в вольтах)

I ток через проводник (в амперах)

R — константа пропорциональности, называемая сопротивлением (в омах)

Электрическое сопротивление цепи представляет собой отношение приложенного напряжения к протекающему по ней току.

Изменение приведенного выше отношения,

\(\begin{array}{l}R = \frac VI \end{массив} \)

Единицей электрического сопротивления является ом.

\(\begin{array}{l}Ом = \frac {1~ вольт}{ 1 ~ампер}\end{массив} \)

Электрический заряд проходит через одни материалы легче, чем через другие. Электрическое сопротивление измеряет, насколько поток этого электрического заряда ограничен внутри цепи.

Факторы, влияющие на электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление проводника зависит от следующих факторов:

• Площадь поперечного сечения проводника
• Длина провода
• Материал проводника
• Температура проводящего материала

Электрическое сопротивление прямо пропорционально длине (L) проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения (A). Оно дается следующим соотношением.

\(\begin{array}{l}R = \frac{ρL}{A}\end{array} \)

где ρ — удельное сопротивление материала (измеряется в Ом·м, ом-метр)

Удельное сопротивление — это качественное измерение способности материала противостоять протекающему электрическому току. Очевидно, что изоляторы будут иметь более высокое значение удельного сопротивления, чем проводники. Удельные сопротивления нескольких материалов приведены ниже для сравнения. Материалы с низким значением удельного сопротивления очень хорошо проводят электричество.

• Серебро – 1,00×10 ⁻⁸
• Медь – 1,68×10 ⁻⁸
• Алюминий – 2,82×10 ⁻⁸
• Дерево – 1,00×10 ¹⁴
• Воздух – 2,30×10 ¹⁶
• Тефлон – 1,00×10 ²³

Узнайте о различных факторах, влияющих на сопротивление, посмотрев видео ниже.

Что такое удельное сопротивление?

Удельное электрическое сопротивление определяется как электрическое сопротивление на единицу длины и единицы площади поперечного сечения при определенной температуре и обозначается ρ. Электрическое сопротивление также известно как удельное электрическое сопротивление. Единицей удельного электрического сопротивления в системе СИ является Ом·м. Ниже приводится формула удельного электрического сопротивления:

\(\begin{array}{l}\rho =\frac{E}{J}\end{array} \)

Где

• ρ — удельное сопротивление материала в Ом·м
• E электрическое поле в В·м ^-1
• Дж — плотность тока в А.м ^-2

Разница между сопротивлением и удельным сопротивлением

Параметры	Сопротивление	Удельное сопротивление
Определение	Противоположный поток электронов в материале известен как сопротивление	Когда предлагается сопротивление
Формула	\(\begin{array}{l}R = \frac {V}{I} \end{array} \)	\(\begin{array}{l}\rho =\frac{E}{J}\end{array} \)
Единица СИ	Ом	Ом·м
Символ	Р	р
Зависимость	В зависимости от длины и площади поперечного сечения проводника и температуры	Температура

Хотите узнать больше о разнице, ниже ссылка:

Разница между сопротивлением и удельным сопротивлением

Удельное сопротивление Важные вопросы

Q1. Назовите фактор, уменьшающий сопротивление электрического шнура.

Ответ: Мы знаем, что

\(\begin{array}{l}R=\frac{\rho l}{A}\end{array} \)

Переставляя, получаем,

\(\begin{array}{l}\rho=\frac{RA}{l}\end{array} \)

Таким образом, увеличение площади поперечного сечения электрического шнура приведет к уменьшению сопротивление.

Q2.Что произойдет с удельным сопротивлением, если сопротивление и длина постоянны, а площадь поперечного сечения удвоится?

Ответ: Поскольку мы знаем, что

\(\begin{array}{l}\rho =\frac{E}{J}\end{array} \)

,

поэтому, решая удельное сопротивление, мы получаем,

\(\begin{array}{l}\frac{AR}{l}=\rho\end{array} \)

Следовательно, удельное сопротивление пропорционально площади поперечного сечения. Поскольку A удваивается, при сохранении постоянного сопротивления и длины удельное сопротивление также удвоится.

Q3. Как уменьшить сопротивление провода в 2 раза?

Ответ: Поскольку мы знаем, что

\(\begin{array}{l}\rho =\frac{E}{J}\end{array} \)

, поэтому, удвоив крест- площадь сечения, сопротивление можно уменьшить в 2 раза.

Q4. Что такое единица удельного сопротивления?

Ответ: Единицей удельного сопротивления является Ом-метр.

Q5. Чему равно сопротивление?

Ответ: Обратной величиной удельного сопротивления является проводимость.

Q6. Что происходит с сопротивлением чистых металлов при повышении температуры?

Ответ: При повышении температуры сопротивление чистых металлов увеличивается. Причиной этого является увеличение числа электронов в зоне проводимости, что снижает подвижность, тем самым увеличивая сопротивление.

Q7. Что происходит с сопротивлением изоляторов при повышении температуры?

Ответ: При повышении температуры сопротивление изоляторов уменьшается. Причина этого заключается в том, что движение электронов из зоны проводимости в валентную зону увеличивается, поскольку энергетическая щель между этими двумя зонами велика. Следовательно, проводимость увеличивается, а сопротивление уменьшается.

Q8. Назовите материалы, сопротивление которых почти равно нулю.

Ответ: Сверхпроводники.

Узнайте больше о других связанных концепциях с помощью увлекательных видеоуроков, посетив BYJU’S

Что такое электрическое сопротивление? — Определение из Corrosionpedia

Последнее обновление: 16 октября 2018 г.

Что означает электрическое сопротивление?

Электрическое сопротивление — это сопротивление току в цепи. Электрическое сопротивление объясняет взаимосвязь между напряжением и током.

Электрическое сопротивление имеет важные применения в электрических и электронных устройствах. Он часто используется в датчиках, используемых для контроля коррозии. Электрические датчики коррозии могут использоваться в полупроводниковых и непроводящих средах, таких как:

• Масло
• Газ
• Атмосфера

Одной из наиболее распространенных электронных стратегий мониторинга коррозии является использование метода электрического сопротивления. Эта система включает измерение изменения электрического сопротивления проводящей части и использование этой скорости изменения для расчета скорости коррозии.

Реклама

Corrosionpedia объясняет электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление электрического проводника — это сопротивление прохождению электрического тока через этот проводник; обратная величина — электрическая проводимость. Единицей электрического сопротивления в системе СИ является ом (Ом).

Объект с однородным поперечным сечением имеет сопротивление, пропорциональное его электрическому сопротивлению и длине и обратно пропорциональное площади его поперечного сечения. Все материалы обладают некоторым сопротивлением, за исключением сверхпроводников, сопротивление которых равно нулю. Прибором для измерения сопротивления является омметр.

Переменные, влияющие на электрическое сопротивление:

• Общая длина — чем длиннее провод, тем выше сопротивление.
• Площадь поперечного сечения проводов — Более широкие провода имеют большую площадь поперечного сечения. Когда все остальные переменные остаются постоянными, заряд может течь с большей скоростью по более широким проводам с большей площадью поперечного сечения, чем по более тонким проводам.
• Проводимость материала. Проводимость материала зависит от электронной структуры материала и его температуры. Для большинства материалов электрическое сопротивление увеличивается с повышением температуры.