|
Random converter |
Конвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. Исходная величина ом метром сантиметром дюйммикроом сантиметрмикроом дюймабом сантиметрстатом на сантиметркруговой мил ом на футом кв. миллиметр на метр Преобразованная величина ом метром сантиметром дюйммикроом сантиметрмикроом дюймабом сантиметрстатом на сантиметркруговой мил ом на футом кв. миллиметр на метр Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзыЗнаете ли вы, что, в отличие от людей старшего возраста, трехлетним детям не нужно увеличительное стекло, так как они видят предметы на расстоянии менее 5 см? Подробнее о диоптриях и увеличении… Высоковольтная линия идет на север от атомной электростанции в Пикеринге, Онтарио, Канада Общие сведения Историческая справка Удельное электрическое сопротивление. Удельные электрические сопротивления различных сред. Физика явлений Удельные электрические сопротивления металлов и их сплавов, полупроводников и диэлектриков Удельное электрическое сопротивление жидкостей (электролитов) Удельное сопротивление изоляторов Удельное электрическое сопротивление различных грунтов Электротомография Определения удельного сопротивления на практике Общие сведенияАлюминиевый провод высоковольтной линии электропередачи 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. Трубчатый нагреватель кухонной плиты 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. 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. Александр Николаевич Лодыгин. Источник: Wikimedia Commons Вольфрамовая спираль лампы накаливания 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. 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. Низкое качество электропроводки часто является причиной пожаров в каркасных домах 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. 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. Различные плавкие предохранители, применяемые для защиты электронной аппаратуры То же самое относится и к замене предохранителей в силовых сетях, когда вместо предохранителя меньшего номинала устанавливается предохранитель с большим номиналом тока срабатывания. Историческая справкаПонятие 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. Георг Ом. Памятник в Техническом университете Мюнхена. Источник: Denkmal Ohm TU München by Cholo Aleman. Wikimedia Commons 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. ОпределениеУдельное 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. R = ρ ∙ L/S или, отсюда ρ = R ∙ S/L 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.
Источник: Статья Википедии «Удельное электрическое сопротивление» с изменениями и дополнениями Кристалл кварца Удельные электрические сопротивления различных сред. Физика явленийУдельные электрические сопротивления металлов и их сплавов, полупроводников и диэлектриковСегодня, 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. Кварцевые резонаторы в различных устройствах 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. Кварцевый резонатор в форме камертона в корпусе и со снятым корпусом Сложнее дело обстоит с кристаллическими веществами, особенно с монокристаллами, которые имеют различное удельное электрическое сопротивление и другие электрические характеристики относительно осей симметрии их кристаллов. 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)Вода имеет максимальную плотность при 4 °С 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–. 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. Цветная гибкая полихлорвиниловая и жидкая изоленты Удельное сопротивление изоляторовОгромное 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. Мощные понижающие трансформаторы на трансформаторной подстанции в Торонто, Канада 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. Красными стрелками показано заземление оборудования столба высоковольтной линии электропередачи в жилом районе. На желтом фоне написано, что заземляющий провод изготовлен из омеднённой стали и не представляет ценности при сдаче в металлолом. Удельное электрическое сопротивление различных грунтовОдним 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. ЭлектротомографияЭлектроразведка 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. Электротомография оказывает неоценимую помощь геологам, археологам и палеозоологам 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. Определение диаметра проволоки Определения удельного сопротивления на практикеПорой 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 · d2/4 Теперь формула для расчёта удельного электрического сопротивления будет выглядеть следующим образом Измерение сопротивления куска проволоки ρ = R · π · d2/4 · 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 Подставляя полученные значения L, d₂ и R₂ в формулу, вычисляем значение ρ₂ для второго образца. ρ2 = 1,2 ом мм2/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. Автор статьи: Сергей Акишкин Вас могут заинтересовать и другие конвертеры из группы «Электротехника»: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 электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер частоты и длины волны Конвертер уровня звука Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. Компактный калькулятор Полный калькулятор Определения единиц 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. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Определение
Примером тому являются всем знакомые высоковольтные линии электропередач, выполненные из алюминиевых проводов со стальным сердечником.
Лампы Эдисона, хотя и имели высокий срок эксплуатации, но не были практичными из-за высокой стоимости исходного материала.
Природа уже не успевает за нашими аппетитами и учёные всех стран мира включились в гонку создания материалов, не имеющих природных аналогов.
Это приводит к перегреву электропроводки и даже, как следствие, к возникновению пожаров с печальными последствиями. Особенно это присуще каркасным домам.
Удельное сопротивление распространенных сплавов
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.
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.
: 1960
Соединение элементов конструкции устройства защитного заземления производится сваркой.
единицахРасчёт сопротивления проводника. Удельное сопротивление. Примеры расчетов
Сопротивление в проводниках возникает из-за взаимодействия электронов с ионами кристаллической решетки. Если вдуматься, то можно заметить, что чем длиннее проводник, тем больше такое взаимодействие.
Также, логично предположить, что чем толще проводник, тем больший поток электронов может пройти через поперечное сечение.
И, конечно, мы знаем, что разные вещества по-разному проводят ток. Исходя из этих знаний, мы можем установить следующее:
Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление.
Чем толще проводник, тем меньше его
сопротивление.
Сопротивления проводников одинаковой длины и толщины могут быть различны, в зависимости от вещества.
Ну а как именно зависит сопротивление проводника от его размеров, можно узнать только с помощью опытов. Мы уже немного знакомы с методикой проведения подобных экспериментов: нам нужно провести некоторые измерения, и, построив график, установить зависимость сопротивления от тех или иных величин. Данные опыты были проведены Георгом Омом.
Подключим проводник к источнику тока и, с помощью
амперметра и вольтметра, измерим силу тока и напряжение. Мы используем, так
называемый, мультиметр — современный прибор, который выполняет функции
амперметра и вольтметра, в зависимости от настроек. Но, тем не менее, мы
по-прежнему должны следовать правилам: когда мы хотим измерить силу тока,
мультиметр подключается последовательно. На мультиметре есть переключатель
между режимами измерения той или иной величины. Также, когда мы хотим измерить
напряжение, мультиметр подключается параллельно.
Подобным способом, мы можем вычислить сопротивление проводников разной длины, но той же толщины, сделанных из того же материала. Проведя несколько измерений, выясним, что сопротивление проводника увеличивается ровно во столько раз, во сколько увеличивается его длина.
В таблице с данными можно увидеть незначительные несоответствия. Однако, мелкие погрешности в измерениях, при проведении любого опыта, неизбежны. Тем не менее, закономерность очевидна: сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника. Это подтверждается и графиком, который является прямой линией.
Проведем несколько иной опыт: сравним сопротивления
проводников из того же материала, одинаковой длины, но разной толщины.
Поскольку роль играет не сама толщина, а площадь поперечного сечения
проводника, то мы попытаемся выяснять, как зависит сопротивление именно от
этого параметра.
Полученные данные показывают, что на этот раз сопротивление проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника. Наш график зависимости сопротивления от поперечного сечения имеет форму ветви гиперболы.
Как вы уже, наверное, догадались, удельное сопротивление проводников из того или иного материала тоже вычисляется экспериментальным путём. На этот раз, все проводники имеют одну и ту же длину и толщину, но состоят из разного вещества.
Удельное сопротивление проводника — это сопротивление проводника из данного вещества с площадью поперечного сечения 1 м2 и длиной 1 м. В таблице даны значения удельного сопротивления для некоторых веществ.
Однако, площадь поперечного сечения проводника удобнее измерять в квадратных миллиметрах, поскольку это больше соответствует размерам реальных проводников.
Итак, исходя из наших опытов, сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от вещества:
Из формулы мы можем выразить удельное сопротивление и определить его единицы измерения:
Упражнения.
Задача 1. Железный провод длиной 250 м имеет площадь поперечного сечения 2 мм2. Найдите сопротивление данного провода.
Задача 2. Какое напряжение должно быть на эбонитовом диске толщиной 1 мм, чтобы через него прошел ток в 1 мкА? Диаметр диска составляет 1 см.
Мы видим, что даже для того, чтобы через эбонит прошел очень маленький ток, нужно просто огромное напряжение. Такое напряжение создать практически невозможно. Даже в современных ускорителях частиц достигалось напряжение не больше нескольких ТВ. Поэтому, можно сказать, что мы не можем провести ток через эбонит. Этого следовало ожидать, поскольку удельное сопротивление эбонита огромно, и он является непроводником.
Задача 3. На рисунке показан график зависимости силы тока на участке цепи от неизвестной величины. Можете ли вы определить, что это за величина?
Итак, давайте вспомним, от чего вообще может зависеть
сила тока.
В первую очередь, сила тока — это количество заряда, прошедшего
через поперечное сечение за единицу времени. Из формулы видно, что сила тока
находится в линейной зависимости от количества заряда в единицу времени, а на
рисунке мы видим график функции, который показывает нелинейную зависимость. Мы
знаем, что график функции, описывающий любую линейную зависимость, будет
являться прямой. Из формулы, описывающей закон Ома, мы видим, что сила тока
прямо пропорциональна напряжению. Значит, неизвестная величина не является ни
количеством заряда, ни напряжением. Сила тока обратно пропорциональна
сопротивлению. Однако, мы уже знаем, что график функции зависимости силы тока
от сопротивления представляет собой ветвь гиперболы, а на рисунке мы видим
другой график.
Тогда следует заметить, что сила тока зависит от
величин, которые, в свою очередь, зависят от других величин. Напряжение связано
с работой по переносу заряда, но эта зависимость тоже линейная.
Рассмотрим, от чего
зависит сопротивление: от удельного сопротивления, от длины проводника и от
площади поперечного сечения. Удельное сопротивление для каждого проводника —
есть величина постоянная. Сопротивление находится в линейной зависимости от
длины проводника, длина проводника — это независимая величина. Остается площадь
поперечного сечения. Как раз-таки, она зависит не от радиуса, а от квадрата
радиуса проводника, что приводит нас к нелинейной зависимости. Если мы
преобразуем формулу, по которой вычисляется сила тока в проводнике, то увидим,
что сила тока прямо пропорциональна квадрату радиуса проводника. Это
единственная величина, которая могла привести к построению графика квадратичной
функции. Действительно, если мы внимательно изучим график, то убедимся, что это
парабола. Следует заметить, что это может быть график зависимости силы тока не
от радиуса, а от диаметра. Однако, для того, чтобы это проверить, нам нужна
дополнительная информация.
Тем не менее, мы с уверенностью можем сказать, что
это график зависимости силы тока либо от радиуса, либо от диаметра проводника
(по форме эти два графика ничем не отличаются — существуют лишь числовые
отличия).
Mr Toogood Physics — Удельное сопротивление
Что такое удельное сопротивление?
Чем длиннее проводник, тем больше число столкновений между электронами и ионами металла. Как обсуждалось на предыдущей странице, столкновения между этими ионами и электронами вызывают сопротивление проводников, поэтому чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление.
Рисунок 1: Сопротивление проводника увеличивается с увеличением его длины.Если длину проводника удвоить, его сопротивление удвоится, поэтому сопротивление прямо пропорционально длине:
$$R\propto l$$
И наоборот, если разность потенциалов приложить к толстому проводу, а затем к тонкому, так как в толстом проводе больше носителей заряда на метр, будет протекать больший ток.
Больший ток от того же сопротивления предполагает меньшее сопротивление. Отсюда можно сделать вывод, что чем больше диаметр проводника, тем меньше его сопротивление.
На самом деле сопротивление проводника уменьшится вдвое, если площадь его поперечного сечения удвоится: 9{2}}} {\ единиц {м}} \\ \\ ρ&=\единицы{Ом\,м} \конец{выравнивание}
Удельное сопротивление материала остается постоянным при постоянной температуре и обычно дается при комнатной температуре ($\quantity{2}{° C}$). Ниже приведены удельные сопротивления некоторых распространенных проводников:
| Проводник | Удельное сопротивление /$\units{Ом·м}$ |
|---|---|
| Медь | 1,7×10 -8 (1) |
| Золото | 2,4×10 -8 (1) |
| Углерод (графит) | 1×10 -5 (1) |
| Константин | 4,9×10 -7 (2) |
| Алюминий | 2,7×10 -8 (2) |
| Серебро | 1,6×10 -8 (1) |
| Кремний | 6,4×10 2 (2) |
Чем ниже удельное сопротивление материала, тем лучше он проводит электричество.
Инженерам часто приходится принимать решения об использовании материалов в качестве проводников на основе значения их удельного сопротивления, а также других соображений, таких как модуль Юнга и реактивность.
Например, медь имеет более низкое удельное сопротивление, чем алюминий, поэтому она является лучшим проводником, но у нее более высокий модуль Юнга, поэтому она меньше растягивается, чем алюминий. Таким образом, при рассмотрении материалов для линий электропередач большой протяженности, где кабели могут растягиваться и сжиматься из-за колебаний температуры и растягиваться ветром, алюминий является лучшим выбором.
Многие высококачественные аудиоразъемы покрыты золотом, опять же, медь является лучшим проводником, но со временем тускнеет, в то время как золото крайне неактивно, поэтому обеспечивает хороший электрический контакт в течение очень долгого времени. Серебро, несмотря на то, что оно является лучшим проводником, также тускнеет, поэтому не является хорошим выбором для этой функции.
Вы проведете CAP для исследования удельного сопротивления константиновой проволоки.
Вернуться к началу
Кабель, используемый для передачи электроэнергии высокого напряжения, состоит из шести алюминиевых проволок, окружающих стальную проволоку. Поперечное сечение показано ниже.
Рисунок 3: Поперечное сечение кабеля электропередачи.Сопротивление стальной проволоки длиной $\quantity{1,0}{км}$ составляет $\quantity{3,3}{Ом}$. Сопротивление одного из алюминиевых проводов на длине $\quantity{1,0}{км}$ равно $\quantity{1,1}{Ом}$.
- Стальная проволока диаметром $\количество{7,4}{мм}$.
Рассчитайте удельное сопротивление стали. - Объясните, почему только небольшой процент общего тока в кабеле проходит через стальную проволоку.
- Презентация — неделя 1
- Домашнее задание
- Рабочий набор CAP
- Пример данных CAP
Этот вопрос на первый взгляд кажется очень простым, и так оно и есть, если вы не забудете преобразовать все величины, указанные в вопросе, в правильные единицы СИ. 9{2}}$$
Хорошей практикой является записывать как можно большую часть дисплея вашего калькулятора для этого промежуточного шага, чтобы избежать ошибок округления в окончательном расчете.
{-7}}{Ом·м}
\end{выравнивание}
Стальная проволока имеет более высокое удельное сопротивление, поэтому является худшим проводником, чем алюминиевая проволока, фактически сопротивление алюминия составляет одну треть сопротивления стали, поэтому через каждую алюминиевую проволоку будет протекать в три раза больше тока. На каждый стальной провод приходится шесть алюминиевых проводов, поэтому общая площадь алюминиевых проводов в шесть раз больше, чем у стальных, и они фактически ведут себя как параллельные резисторы.
Вернуться к началу
Полупроводники и термисторы
Полупроводники — это материалы, которые не проводят электричество, как обычные проводники, такие как металлы, но будут проводить электричество только при определенных условиях, либо если им передается энергия через тепло или свет, либо если приложено электрическое поле. Полупроводники имеют фундаментальное значение для современной электроники, поскольку транзисторы и диоды, которые используются для создания компьютеров, сделаны из них.
Единственные полупроводники, которые вы будете использовать на уровне A, — это термисторы, светозависимые резисторы (LDR), диоды и светодиоды.
Термисторы — это резисторы, удельное сопротивление которых зависит от температуры. Конечно, все резисторы и проводники увеличивают свое удельное сопротивление по мере увеличения их температуры, но эффект в термисторах гораздо более драматичен. Термисторы бывают двух видов: с положительным температурным коэффициентом (PTC) и с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Термисторы с положительным температурным коэффициентом увеличивают свое удельное сопротивление при повышении температуры, тогда как термисторы с отрицательным температурным коэффициентом уменьшают свое удельное сопротивление с температурой. Мы будем исследовать термисторы NTC только на уровне A. Обычно термистор NTC изменяет свое сопротивление в диапазоне около $\quantity{200}{Ω}$ в течение $\quantity{100}{°C}$. Это делает их очень полезными в цепях с регулируемой температурой и в качестве датчиков температуры.
Различные термисторы имеют разные значения сопротивления и разные рабочие температуры, поэтому инженеры-электронщики могут выбрать наиболее подходящий для своего конкретного применения. Если изменение температуры требуется измерить с высокой степенью точности, термистор, значение которого быстро меняется при интересующей температуре.
Из термисторов получаются очень хорошие термометры, так как они очень чувствительны, они быстро меняются при изменении температуры, однако они не самые надежные, и для проведения измерений им требуются вспомогательные схемы и измерительные приборы.
Термисторы представляют собой собственные полупроводники , что означает, что материалы, из которых они изготовлены, нелегированные , они сделаны из чистых материалов, таких как кремний или германий, или соединений, таких как арсенид галлия, которые могут быть термически возбуждены электронами из валентной зоны , где они присоединены к внешним слоям атомов с проводимостью полоса , где они ведут себя как свободные электроны в проводнике.
Чем больше энергии передается либо за счет тепла, как для термистора, либо света для LDR, тем больше электронов продвигается из валентной зоны в зону проводимости, тем больше количество доступных носителей заряда и тем ниже сопротивление. Когда электрон пересекает энергетическую щель, он оставляет после себя отверстие . Собственный полупроводник имеет равное количество дырок и электронов проводимости, и хотя дырки — это отсутствие частиц, они ведут себя так, как если бы они были положительно заряженными частицами, и при разработке полупроводников рассматриваются как таковые.
Диоды и светодиоды являются внешними полупроводниками и изготовлены из материалов, легированных . Это означает, что полупроводниковый материал (обычно кремний или германий) имеет смешанные с ним дополнительные материалы, которые либо отдают, либо принимают электроны, обеспечивая либо больше электронов проводимости, либо больше дырок.
Полупроводники с дополнительными свободными электронами называются N-типом, а с дополнительными дырками — P-типа. Диод представляет собой простую комбинацию полупроводников N-типа и P-типа, когда к нему приложена разность потенциалов, превышающая минимальное значение (около $\quantity{0,7}{V}$), электроны перемещаются из N полупроводника через обедненную область к полупроводнику P-типа, создающему дырку. Когда это происходит в светодиоде, энергия, выделяемая электроном при рекомбинации с дыркой, больше, чем разница между энергией электрона и энергией дырки, разница высвобождается в виде фотона.
Хотя детали работы полупроводников выходят за рамки изучения уровня A, стоит подумать о том, как их функции можно объяснить тем, что вы изучали в других модулях.
Вернуться к началу
Сверхпроводники
Сверхпроводники представляют собой особую группу разработанных материалов с нулевым удельным сопротивлением.
Это означает, что они проводят без какого-либо электрического сопротивления. Ясно, что это отличная разработка для мощных электрических цепей, однако есть и недостаток. Явление сверхпроводимости возникает только при очень низких температурах. Первым открытым сверхпроводником была ртуть, которая становится сверхпроводником при температуре $\quantity{4,2}{K}$ или около $\quantity{-269.{°C}$. Температура, при которой материал становится сверхпроводником, известна как критическая температура . Мы можем определить сверхпроводник как материал с нулевым сопротивлением ниже (или ниже) его критической температуры .
Большинство материалов становятся сверхпроводниками только при очень низких температурах, и этот эффект разрушается в присутствии сильных магнитных полей, поэтому они могут проводить только небольшие токи. Разрабатывается новое поколение керамических высокотемпературных сверхпроводников, и в настоящее время материалом с самой высокой критической температурой является сероводород (H 2 S), который становится сверхпроводящим при $\quantity{203}{K}$ или $\quantity{-70}{° C}$, хотя он становится сверхпроводящим только при очень высоких давлениях.
Эти материалы охлаждаются жидким гелием или жидким азотом, а наиболее пригодные сверхпроводники изготавливаются из керамических материалов, таких как иттрий-барий-медный оксид или YBCO, критическая температура которых составляет $\quantity{92}{K}$ или $\количество{-181}{° C}$.
Сверхпроводники также проявляют некоторые странные эффекты, такие как исключение магнитных полей, что позволяет им левитировать, когда они находятся рядом с сильным магнитом. Это называется эффектом Мейснера, он используется в современных поездах MAGLEV и наглядно демонстрируется на видео ниже. Сверхпроводники имеют много потенциальных применений, некоторые из них уже реализованы. Они особенно полезны в ситуациях, когда требуется передача больших токов, поскольку в них нет потерь энергии или мощности из-за нулевого сопротивления. Они уже используются в сканерах МРТ и ускорителях частиц, где требуются сильные магнитные поля и очень низкое рассеивание энергии.
Они были бы полезны при разработке современных микрочипов и суперкомпьютеров, поскольку они обеспечивают более высокие скорости обработки, меньшие размеры конструкции и все это без потерь энергии. Если бы удалось разработать сверхпроводники при комнатной температуре, то их можно было бы использовать для передачи энергии без потери мощности по сети, и их можно было бы использовать для очень эффективных небольших трансформаторов.
Вернуться к началу
Ресурсы
Предыдущая тема
Следующая тема
Сопротивление и удельное сопротивление Класс 10 Наука
Переменное сопротивление: Компонент электрической цепи, используемый для регулирования тока без изменения напряжения от источника; называется переменным сопротивлением.
Реостат: Это устройство, которое используется в цепи для создания переменного сопротивления.
Вы читали, что поток электронов в проводнике представляет собой электрический ток. Частицы проводника слипаются за счет силы притяжения между ними. Благодаря этому частицы создают помеху потоку электронов. Эта помеха является причиной сопротивления потоку электричества.
Сопротивление в проводнике зависит от характера, длины и площади поперечного сечения проводника.
Природа материала
Некоторые материалы создают наименьшие помехи и поэтому называются хорошими проводниками. Серебро – лучший проводник электричества. В то время как некоторые другие материалы создают больше препятствий для протекания электрического тока, то есть потока электронов через них. Такие материалы называются плохими проводниками. Плохие проводники также известны как изоляторы. Твердый пластик является одним из лучших изоляторов электричества.
Длина проводника
Сопротивление R прямо пропорционально длине проводника.
Это означает, что сопротивление увеличивается с увеличением длины проводника. Это связано с тем, что длинные электрические провода создают большее сопротивление электрическому току.
Таким образом, Сопротивление (R) ∝ длина проводника (l)
Или `R ∝ l` ———(i)
Площадь поперечного сечения
Сопротивление R обратно пропорционально площади поперечного сечения (А) проводника. Это означает, что R будет уменьшаться с увеличением площади проводника и наоборот. Большая площадь проводника облегчает протекание электрического тока через большую площадь и, таким образом, уменьшает сопротивление. Это связано с тем, что толстая медная проволока создает меньшее сопротивление электрическому току.
Таким образом, `текст(сопротивление) ∝ (1)/(текст(Площадь))` поперечного сечения проводника (A)
Или, `R∝1/A` ———( ii)
Из уравнения (i) и (ii)
`R∝l/A`
Или, `R=ρ\l/A` ————(iii)
Где ρ (rho) — константа пропорциональности.
Его называют удельным электрическим сопротивлением материала проводников.
Из уравнения (iii)
`RA=ρl`
Или `ρ=(RA)/(l)` ———-(iv)
Единица удельного сопротивления в системе СИ : 92)/(m)=Ом`
Таким образом, единицей удельного сопротивления в системе СИ (ρ) является Ом·м
считаются очень хорошими проводниками. Серебро имеет удельное сопротивление, равное 1,60 х 10 -8 Ом м, а медь имеет удельное сопротивление, равное 1,62 х 10 -8 Ом м.
Резина и стекло являются очень хорошими изоляторами. Они имеют удельное сопротивление порядка от 10 12 Ом·м до 10 17 Ом·м.
Удельное сопротивление материалов зависит от температуры. 92)`
`=(10xx2Ом)/(7,65xx10)`
`=(2Ом)/(7,65)=0,26 Ом`
Пример 4: Площадь поперечного сечения провода уменьшается вдвое, когда его длина растягивается вдвое. Как изменится сопротивление провода в новом состоянии?
Решение: Пусть площадь поперечного сечения провода = A
Пусть длина провода до растяжения = L
Пусть Сопротивление провода = R
После растяжения провода пусть
Площадь поперечного сечения = A / 2
Длина = 2L
Сопротивление = R1
Таким образом, отношение сопротивления до растяжения к сопротивлению после растяжения можно представить следующим образом:
Или `R:R_1=(ρL)/(A): (ρ2L)/ (A/2)`
Или, `R:R_1=(ρL)/(A): (4ρ L)/(A)`
Или, `R:R_1=1:4`
Это означает R = 1 и R1 = 4
Таким образом, после растяжения проволоки сопротивление увеличивается в четыре раза.
