Содержание

Удельное сопротивление. Реостаты — урок. Физика, 8 класс.

Для рассмотрения характеристик электрических параметров рассмотрим назначение приборов:

  1. сила тока в цепи определяется амперметров, который подключается последовательно с соблюдением полярности;
  2. напряжение на участке цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно к тому участку или прибору, на котором нужно узнать разность потенциалов или напряжения;
  3. на деревянной изолирующей подставке — устройство, имеющее провода с различными значениями сопротивления;
  4. значение тока можно регулировать реостатом.

  

Рис. \(1\). Цепь с возможностью выбора проводника

 

Определим физические параметры (величины), влияющие на значение сопротивления проводника.

Эксперимент \(1\). Физическая величина — длина (прямая пропорциональность).

Эксперимент \(2\). Физическая величина — площадь поперечного сечения (обратная пропорциональность).

Эксперимент \(3\).

Материал проводника, физическая величина — удельное сопротивление проводника (прямая пропорциональность).

Примечание: «эксперимент» следует понимать как включение в электрическую цепь проводников с конкретными одинаковыми и различающимися физическими параметрами и сравнение значений сопротивлений данных проводников.

 

Впервые зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он изготовлен, и от длины проводника обнаружил немецкий физик Георг Ом. Он установил:

Сопротивление проводника напрямую зависит от его длины и материала,  но обратным образом зависит от площади поперечного сечения проводника.

 

Обрати внимание!

Из этого можно сделать вывод: 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, причём у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход её в другой сосуд по толстой трубке произойдёт 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.

 

Удельное сопротивление проводника зависит от строения вещества. Электроны при движении внутри металлов взаимодействуют с атомами (ионами), находящимися в узлах кристаллической решётки. Чем выше температура вещества, тем сильнее колеблются атомы и тем больше удельное сопротивление проводников.

Удельное электрическое сопротивление — физическая величина \(\rho\), характеризующая свойство материала оказывать сопротивление прохождению электрического тока:

ρ=R⋅Sl, где удельное сопротивление проводника обозначается греческой буквой \(\rho\) (ро), \(l\) — длина проводника, \(S\) — площадь его поперечного сечения.

Определим единицу удельного сопротивления. Воспользуемся формулой ρ=R⋅Sl.

Как известно, единицей электрического сопротивления является \(1\) Ом, единицей площади поперечного сечения проводника — \(1\) м², а единицей длины проводника — \(1\) м. Подставляя в формулу, получаем:

1 Ом ⋅1м21 м=1 Ом ⋅1 м, т.е. единицей удельного сопротивления будет Ом⋅м.

 

На практике (например, в магазине при продаже проводов) площадь поперечного сечения проводника измеряют в квадратных миллиметрах, В этом случае единицей удельного сопротивления будет:

1 Ом ⋅1мм21 м, т.е. Ом⋅мм2м.

В таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при \(20\) °С.

 

Удельное сопротивление увеличивается пропорционально температуре.

При нагревании колебания ионов металлов в узлах металлической решётки увеличиваются, поэтому свободного пространства для передвижения электронов становится меньше. Электроны чаще отбрасываются назад, поэтому значение тока уменьшается, а значение сопротивления увеличивается.

 

Обрати внимание!

Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. А это значит, что медь и серебро лучше остальных проводят электрический ток.

При проводке электрических цепей, например, в квартирах не используют серебро, т.к. это дорого. Зато используют медь и алюминий, так как эти вещества обладают малым удельным сопротивлением.
Порой необходимы приборы, сопротивление которых должно быть большим. В этом случаем необходимо использовать вещество или сплав с большим удельным сопротивлением. Например, нихром.

Полиэтилен, дерево, стекло и многие другие материалы отличаются очень большим удельным сопротивлением. Поэтому они не проводят электрический ток. Такие материалы называют диэлектриками или изоляторами.

 

Очень часто нам приходится изменять силу тока в цепи. Иногда мы ее увеличиваем, иногда уменьшаем. Водитель трамвая или троллейбуса изменяет силу тока в электродвигателе, тем самым увеличивая или уменьшая скорость транспорта.  

Реостат — это резистор, значение сопротивления которого можно менять.

Реостаты используют в цепи для изменения значений силы тока и напряжения.

Реостат на рисунке состоит из провода с большим удельным сопротивлением (никелин, нихром), по которому передвигается подвижный контакт \(C\) по длине провода, плавно изменяя сопротивление реостата. Сопротивление такого реостата пропорционально длине провода между подвижным контактом \(C\) и неподвижным \(A\). Чем длиннее провод, тем больше сопротивление участка цепи и меньше сила тока. С помощью вольтметра и амперметра можно проследить эту зависимость.


 

Рис. \(2\). Реостат с подвижным контактом

 

На школьных лабораторных занятиях используют переменное сопротивление — ползунковый реостат.

 

 

Рис. \(3\). Ползунковый реостат

 

Он состоит из изолирующего керамического цилиндра, на который намотан провод с большим удельным сопротивлением. Витки проволоки должны быть изолированы друг от друга, поэтому либо проволоку обрабатывают графитом, либо оставляют на проволоке слой окалины. Сверху над проволочной обмоткой закреплен металлический стержень, по которому  перемещается ползунок. Контакты ползунка плотно прижаты в виткам и при движении изолирующий слой графиты или окалины стирается, и тогда электрический ток может проходить от витков проволоки к ползунку, через него подводиться к стержню, имеющему на конце зажим \(1\).

Для соединения реостата в цепь используют зажим \(1\) и зажим \(2\). Ток, поступая через зажим \(2\), идёт по никелиновой проволоке и через ползунок подаётся на зажим \(1\). Перемещая ползунок от \(2\) к \(1\), можно увеличивать длину провода, в котором течёт ток, а значит, и сопротивление реостата.


В электрических схемах реостат изображается следующим образом:


 

Как и любой электрический прибор, реостат имеет допустимое значение силы тока, свыше которого прибор может перегореть. Маркировка реостата содержит диапазон его сопротивления и максимальное допустимое значение силы тока.

Обрати внимание!

Сопротивление реостата нужно учитывать в параметрах электрической цепи.

При минимальных значениях сопротивления ток в цепи может вывести из строя амперметр.

Существуют реостаты, в которых переключатель подключается на проводники заданной длины и сопротивления: каждая спираль реостата имеет определённое сопротивление. Поэтому плавно изменять силу тока с помощью такого прибора не получится.

 

 

Рис. \(4\). Реостат с переключением

 

Повторим формулы

Сопротивление проводника: R=ρ⋅lS

 

Из этой формулы можно выразить и другие величины:

 

l=R⋅Sρ, S=ρ⋅lR, ρ=R⋅Sl.

Источники:

Рис. 1. Цепь с возможностью выбора проводника. © ЯКласс.
Рис. 4. “File:Rheostat hg.jpg” by Hannes Grobe (talk) is licensed under CC BY 3.0

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


[PDF] 8 класс Электрическое сопротивление Презентация Microsoft

Download 8 класс Электрическое сопротивление Презентация Microsoft. ..

МОУ «СОШ № 13» г.Подольска

Электрическое сопротивление

Учитель физики Сурова М.М.

Цель урока: ввести новую электрическую величину

Задачи: • • •

Познакомить учащихся с электрическим сопротивлением проводников как физической величиной. Дать объяснение природе электрического сопротивления на основании электронной теории. Показать зависимость сопротивления от геометрических размеров проводника.

Электрическое сопротивление

Георг Ом – немецкий учёный, который впервые ввёл это понятие в физику.

Электрическое сопротивление • •

Является причиной, ограничивающей силу тока в проводнике

Сопротивление зависит от Рода вещества

Длины проводника

Площади поперечного сечения

Сопротивление Является причиной, ограничивающей силу тока в проводнике

Обозначается

Измеряется

Единица измерения сопротивления

За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А

Перевод единиц измерения сопротивления

Формула сопротивления

ρ — удельное сопротивление вещества проводника,

L — длина проводника S — площадь сечения.

Зависимость сопротивления от длины проводника L1

L2

R1

R2

R1 > R2

Чем больше длина проводника, тем

больше столкновений испытывают электроны, тем больше теряется

тем больше сопротивление их энергия,

Зависимость сопротивления от площади поперечного сечения S1

R1

S1

R2

R1 > R2

Чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем больше сопротивление

Зависимость сопротивления от рода вещества сталь

R1

медь

R2

R1 > R2

ρ1 > ρ2

Чем больше частицы вещества связаны друг с другом, тем больше сопротивление ρ – удельное сопротивление проводника Лучшие проводники электричества: серебро, медь. Диэлектрики: фарфор, нихром.

Удельное сопротивление проводника Удельное сопротивление показывает, какое сопротивление имеет проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2.

Единица измерения удельного сопротивления –

Температура • При повышении температуры металлического проводника его сопротивление увеличивается.

Тест 1. Для изготовления спиралей электрических плиток используют проводники с большим удельным сопротивлением. Какой проводник пригоден для этого? А) Медный. Б) Алюминиевый. В) Никелиновый. 2. Из каких веществ изготавливают проводники, применяемые на практике? А) Эбонит. Б) Медь. В) Константан. 3. Удельное сопротивление константана 0,5 Ом мм2/м. Это значит, что константановый проводник длиной … А) 0,5 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 имеет сопротивление 1 Ом. Б) 1 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 имеет сопротивление 1 Ом. В) 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 имеет сопротивление 0,5 Ом. 4. Длина одного провода 20 см, другого – 1,6 м. площадь сечения и материал проводов одинаковы. У какого провода сопротивление больше и во сколько раз? А) Второго; в 8 раз. Б) Второго; в 4 раза. В) Первого; в 8 раз.

5. Медная, железная и никелиновая проволоки имеют равные размеры. Какая их них имеет наименьшее сопротивление? А) Медная. Б) Железная. В) Никелиновая. 6. Проволоку разрезали пополам и сложили вдвое. Изменится ли её сопротивление? А) Не изменится. Б) Уменьшится в 4 раза. В) Увеличится в 4 раза.

Проверьте себя 1

В

2

Б

3

В

4

А

5

А

6

Б

Результаты теста 47%

50% 40% 30%

30% 23%

20% 10% 0% 3

4

5

Выводы: • 1. изложенный материал доступен и понятен учащимся • 2. качество усвоения материала по результатам теста 77%

Используемые материалы: • • • •

http://images.yandex.ru http://class-fizika.narod.ru http://festival.1september.ru http://www.school.edu.ru

Проводники — Сопротивление – Энциклопедия по машиностроению XXL

Электрический ток, проходя по детали как по проводнику, встречает сопротивление, в результате чего деталь нагревается. Количество тепла Q можно подсчитать по известной формуле  [c.314]

Удельное сопротивление проводника с сопротивлением сечением S и длиной I может быть рассчитано по формуле  [c. 114]

Для измерений электрического сопротивления образца в процессе испытания на усталость к концам образца с помощью контактной электросварки присоединены два проводника электрическое сопротивление определяется в рабочей части образца между двумя потенциальными вводами. Принцип работы и краткое описание устройства системы измерения электрического сопротивления образца изложены ниже.  [c.150]


Международный вольт есть электрическое напряжение или электродвижущая сила, которые в проводнике, имеющем сопротивление в одии ом, производят ток силой в один ампер  [c.325]

Проводимость (g). Проводимость — величина, обратная сопротивлению. Единица — сименс (си). Проводимостью в 1 сименс обладает проводник, имеющий сопротивление в I ом.  [c.514]

Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющих проводников, а сопротивление заземляющего устройства — из сопротивления заземления относительно земли и заземляющих проводников.[c.176]

Принцип действия термометра сопротивления основан на свойстве электрических проводников менять свое сопротивление в зависимости от температуры. У большинства проводников электрическое сопротивление при повышении температуры увеличивается, и наоборот, с понижением температуры — уменьшается. Определив сопротивление электрического проводника, находят искомую температуру среды. Конструктивно термометр сопротивления представляет собой металлическую проволоку, намотанную на каркас 80  [c.80]

Если контур, ограничивающий поверхность, поток индукции через которую изменяется на АФш, сделан из проводника с сопротивлением R, то возникающий при этом ток через любое сечение проводника перенесет заряд  [c.218]

Материал проводника Удельное сопротивление при 20°С, ом-ле.10 Температурный коэффициент сопротивления при 20°С, 1/°С-10  [c.291]

Вначале напомним, что явления, происходящие при протекании жидкого хладагента по трубопроводу подобны явлениям, сопровождающим протекание электрического тока по проводнику (см. рис.18.1). Проводник оказывает сопротивление (R) протеканию электрического тока, что приводит к возникновению разности потенциалов (падению напряжения) Ли по длине проводника величиной, зависящей от силы тока, длины участка проводника, площади его поперечного сечения и материала проводника  [c.71]

Всякий проводник создает сопротивление прохождению тока. Величина сопротивления измеряется омами (ом).  [c.122]

Если контур, ограничивающий поверхность, поток индукции через которую изменяется на ДФ , сделан из проводника с сопротивлением R, то воз-  [c.239]

В качестве проводников в термометрах сопротивления применяются медь или платина, заключаемые в защитную оболочку и хорошо изолированные от нее. Через проводник термометра сопротивления пропускается электрический ток чем сильнее будет нагрет проводник термометра, тем больше станет его сопротивление, тем меньше будет величина тока, проходящего через него, что может быть использовано для перемещения стрелки прибора, указывающего температуру.[c.297]


Три нагревании проводников их сопротивление возрастает. Это явление используется в различных приборах электрооборудования автомобилей.  [c.99]

За единицу напряжения принято такое напряжение, которое в проводнике, имеющем сопротивление 1 ом, создает ток в 1 а.  [c.10]

За единицу проводимости принята проводимость проводника, имеющего сопротивление 1 ом. Она имеет название сименс (сим), Например, проводник имеет сопротивление 10 ом. Следовательно, его проводимость равна 1 10 = 0,1 сим.  [c.15]

Простейшая электрическая модель балки может быть выполнена с проводником постоянного сопротивления и позволяет при заданных нагрузке, размерах и опорных закреплениях находить поперечные силы и изгибающие моменты. Простейшая аналогия для балки основана на совпадении уравнений  [c.258]

При замыкании контактов ток в первичной обмотке катушки зажигания достигнет своего максимального значения не мгновенно, а будет нарастать постепенно. Это объясняется тем, что первичная обмотка, имея, как и любой проводник, омическое сопротивление, является в то же время и индуктивностью. Поэтому нарастание первичного тока г согласно второму закону Кирхгофа определяется формулой  [c.86]

I — длина проводника (проволочного сопротивления) в см] д — площадь поперечного сечения его в см р — удельное сопротивление материала проводника ом/см  [c.170]

Электросопротивление. За единицу электрического сопротивления принято сопротивление ртутного столба длиной 106,3 см с поперечным сечением 1 см при 0°С. Эта единица называется омом (обозначается й). Чем больше длина проводника и чем меньше поперечное сечение проводника, тем сопротивление его больше. При одной и той же длине и сечении проводники из разных металлов имеют различное сопротивление, что характеризуется удельным сопротивлением. Удельное сопротивление показывает, какое сопротивление имеет проводник из данного металла длиной 1 м и сечением 1 мм (см. табл. 1).  [c.79]

При последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.  [c.23]

Смешанным соединением называется использование одновременно последовательного и параллельного соединений отдельных проводников (рис. 3). Для определения сопротивления нескольких проводников, соединенных по смешанной схеме, находят сначала сопротивление параллельно или последовательно соединенных проводников, а затем условно заменяют их одним проводником с сопротивлением, равным полученному. Это позволяет упростить схему, приведя ее к одному проводнику, сопротивление которого равно общему сопротивлению сложной цепи.  [c.24]

Э. д. с. самоиндукции оказывает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока. Это дополнительное сопротивление носит название индуктивного или реактивного сопротивления. Сопротивление же самого проводника называется сопротивлением активным (омическим).[c.11]

Сименс (см) — проводимость, величина, обратная сопротивлению. Проводимостью в 1 си обладает проводник, имеющий сопротивление 1 0М-, си = ом.  [c.24]

Электрическое напряжение (электродвижущая сила) Международный вольт. . . . . Киловольт. . . Милливольт. . . Микровольт. . . 1 10 1Q-3 10- V kV mV 1.V в кв мв мкв Международный вольт есть электрическое напряжение или электродвижущая сила, которые в проводнике, имеющем сопротивление в 1 рм, производят ток силой в 1 а [ 1  [c.627]

Принцип контактной электросварки, при которой свариваемые кромки металла прижимаются одна к другой, состоит в следующем при прохождении тока / по проводнику, имеющему сопротивление Н, за время t в проводнике выделится Q = 0,24 PRt кал.  [c.324]

КОМПОНЕНТЫ ПЛЕНОЧНЫХ МИКРОСХЕМ Проводника а сопротивления в пленочных микросхемах  [c.157]

Общим при изготовлении проводников и сопротивлений пленочной микросхемы является применение металла в качестве материала пленки. Для проводников выбирают материал с высокой проводимостью, с хорошей адгезией к стеклу и к пленкам других материалов. В качестве таких металлов используют золото и алюминий.  [c.157]

Всякий проводник создает сопротивление прохождению тока. Сопротивление измеряется омами (Ом).  [c.110]

Закон Джоул я—Л е н ц а. Электрический ток / (А), про-згодя по проводнику с сопротивлением (Ом), в течение времени t (с) выделяет энергию А (Дж)  [c.109]


Зависимость индуктивного сопротивления от частоты. Хотя вы-ран ения (43.3) и (70.4) совпадают по форме, между ними имеются принципиальные отличия по су-щe твJ Электрическое сопротивление проводника при данной температуре является постоянной величиной, характеризующей проводник. Индуктивное сопротивление не является постоянной величиной, его значение прямо пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда 1,п колебаний силы тока в проводнике индуктивностью L при постоянном значении амплитуды Um колебаний напряжения убывает обратно пропорционально частоте  [c.242]

Пусть дана прост ранственная электрическая сетка, составленная из проводников различного сопротивления. Через эту сетку пропускается электрический ток. Сетка имеет независимый приток электричества и 214  [c.214]

Совершенно другую природу имеет термическое сопротивление стягивания R t- Как известно из теории электрических контактов (Л. 13], сопротивление, 1вызван-ное сужением или расширением проводника, называется сопротивлением стягивания . Вследствие перестройки теплового потока в области изменения сечения появляется добавочное термическое сопротивление, равноценное по своему эффекту увеличению толщины слоя металла. Это сопротивление носит объемный характер и относится к категории внутренних, так как связано с перераспределением линий теплового тока на внутренней стороне каждого из слеиваемых металлов. Эта конвергенция линий теплового тока ведет к повышению плотности тепловых потоков, что требует высокого локального определяющего потенциала потока. Если же отнести действие сопротивления стягивания ко всей поверхности склеивания, то это сопротивление фактически преобразуется во внешнее, обусловливающее температурный скачок в клеевой зоне.  [c.20]

СИМЕНС (См, 8) — единица СИ электрич. проводимости. Названа в честь Э. В. Сименса (Б. Siemens). 1 См равен электрич. проводимости проводника, имеющего сопротивление 1 Ом.  [c.505]

Сопрот1 1ие проводника. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления проводника от температуры, единица сопротивления.  [c.318]

Приборы для измерения температуры газа. Измерять температуру непосредственным сравнением с единицей измерения невозможно, поэтому устройство приборов для измерения температуры основано на физических свойствах тел, связанных определенной зависимостью с температурой. Наиболее широко используются тепловые расширения (жидкостные стеклянные, дилатометрические, биметаллические термометры), давление газов, паров и жидкостей (манометрические термометры), электрическое сопротивление проводников (термометры сопротивления), тер-моэлектродвижуш,ая сила (термопары), энергия излучения (пирометры излучения).  [c.237]

Международные электрические единицы. После изготовления эталонов для абсолютных практических электрических единиц было обнаружено расхождение с теоретически установленными абс. практ. ед. По этой причине в 1893 г. МКЭ взамен абсолютных принял международные электрические единицы. В качестве основных ед. были приняты ом, ампер, вольт. В 1908 г. МКЭ вольт был отнесен к числу производных ед. в СССР М, э. е. были введены постановлением ВСНХ РСФСР от 7 февраля 1919 г. Об электрических единицах”, а в 1929 г. были включены в ОСТ 515. Определялись М. э. е. след, образом. Ом — сопротивление ртутного столба (при неизменяющемся электр. токе и при тем-ре тающего льда — О °С) длиной 106,300 см, имеющего одинаковое по всей длине сечение и массу 14,4521 г. Точное значение ед. определялось ртутными образцами ома, изготовленными согласно междунар. постановлениям и спецификациям. Ампер — сила неизменяющегося электр. тока, к-рый при прохождении через водный раствор азотнокислого серебра отлагает 0,00111800 г серебра в секунду. Точная величина ампера опред. по серебряному вольтметру, согласно междунар. постановлениям и спецификациям. Вольт — эпектр. напряжение или электродвижущая сила, к-рые в проводнике, имеющем сопротивление в один ом, производит ток силой в один ампер. Точное значение вольта устанавливалась посредством нормальных элементов, проверяемых с помощью серебряного вольт-метра и ртутных образцов ома. Ватт — мощность неизменяющегося электр. тока силой в один ампер при напряжении в один вольт, Купон или ампер-секунда — количество электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в течение одной секунды при токе силой в один ампер. Ватт-секунда или джоуль — работа, совершаемая электр, током в течение одной секунды при мощности тока в один ватт. Фарада — емкость конденсатора, заряженного до напряжения в один вольт зарядом в один кулон. Гянри опред. двояко 1) Г, — индуктивность электр. цепи, в к-рой при равномерном изменении силы тока на один ампер в секунду индуктируется ЭДС в один вольт 2) Г. — взаимная индуктивность в системе двух электр. цепей, в одной из к-рых индуктируется ЭДС в один вольт при равномерном изменении тока в др. цепи со скоростью одного ампера в секунду.  [c.292]


Выполни тест.1. Как сопротивление проводника зависит от его длины?1) Чем больше длина

1. Как сопротивление проводника зависит от его длины?

1) Чем больше длина проводника, тем больше его сопротивление

2) Чем больше длина проводника, тем меньше его сопротивление

3) Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине

4) Сопротивление проводника практически не зависит от его длины

2. Какая физическая величина характеризует зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он состоит?

1) Количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника

2) Сила тока в проводнике

3) Напряжение на концах проводника

4) Удельное электрическое сопротивление вещества

3.По какой формуле, зная длину, площадь поперечного сечения проводника и материал, из которого он изготовлен, можно рассчитать его сопротивление?

1) R = U/I

2) R = ρl/S

3) U = A/q

4) I = q/t

4.Найдите площадь поперечного сечения алюминиевого провода длиной 500 м, имеющего сопротивление 7 Ом.

1) 0,2 мм2

2) 2 мм2

3) 4 мм2

4) 0,4 мм2

5.Какой бы вы выбрали материал для изготовления нагревательного элемента кипятильника?

1) Никелин

2) Вольфрам

3) Константан

4) Алюминий

6.Определите сопротивление алюминиевого провода длиной 100 ми площадью поперечного сечения 2,8 мм2.

1) 10 Ом

2) 1 Ом

3) 2,8 Ом

4) 28 Ом

7. От каких факторов зависит сопротивление проводника?

1) Его размеров и силы тока в нем

2) Его длины и площади поперечного сечения

3) Длины, площади поперечного сечения проводника и напряжения на его концах

4) Длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен

8.Рассчитайте удельное сопротивление меди, провод из которой длиной 500 ми площадью поперечного сечения 0,1 мм2 имеет сопротивление 85 Ом.

1) 0,017 Ом⋅мм2/м

2) 0,0017 Ом⋅мм2/м

3) 0,17 Ом⋅мм2/м

4) 1,7 Ом⋅мм2/м

9.Как сопротивление проводника зависит от площади его поперечного сечения?

1) Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше его сопротивление

2) Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше сопротивление

3) Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения

4) Зависимость между сопротивлением и площадью поперечного сечения проводника практически отсутствует

10. Какое из приведённых ниже веществ наилучший проводник электричества? Какова особенность его удельного сопротивления?

1) Алюминий; оно велико

2) Железо; оно мало

3) Серебро; оно имеет наименьшее значение

4) Ртуть; оно имеет наибольшее значение

пж​

Удельное сопротивление железного провода. Удельное сопротивление железа, алюминия, меди и других металлов

Одним из самых распространённых металлов для изготовления проводов является медь. Её электросопротивление минимальное из доступных по цене металлов. Оно меньше только у драгоценных металлов (серебра и золота) и зависит от разных факторов.

Что такое электрический ток

На разных полюсах аккумулятора или другого источника тока есть разноимённые носители электрического заряда. Если их соединить с проводником, носители заряда начинают движение от одного полюса источника напряжения к другому. Этими носителями в жидкости являются ионы, а в металлах – свободные электроны.

Определение. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это величина, определяющая электросопротивление эталонного образца материала. Для обозначения этой величины используется греческая буква «р». Формула для расчета:

p=(R*S)/l .

Эта величина измеряется в Ом*м. Найти её можно в справочниках, в таблицах удельного сопротивления или в сети интернет.

Свободные электроны по металлу двигаются внутри кристаллической решётки. На сопротивление этому движению и удельное сопротивление проводника влияют три фактора:

  • Материал. У разных металлов различная плотность атомов и количество свободных электронов;
  • Примеси. В чистых металлах кристаллическая решётка более упорядоченная, поэтому сопротивление ниже, чем в сплавах;
  • Температура. Атомы не находятся на своих местах неподвижно, а колеблются. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний, создающая помехи движению электронов, и выше сопротивление.

На следующем рисунке можно увидеть таблицу удельного сопротивления металлов.

Интересно. Есть сплавы, электросопротивление которых падает при нагреве или не меняется.

Проводимость и электросопротивление

Так как размеры кабелей измеряются в метрах (длина) и мм² (сечение), то удельное электрическое сопротивление имеет размерность Ом·мм²/м. Зная размеры кабеля, его сопротивление рассчитывается по формуле:

R=(p*l )/S.

Кроме электросопротивления, в некоторых формулах используется понятие «проводимость». Это величина, обратная сопротивлению. Обозначается она «g» и рассчитывается по формуле:

Проводимость жидкостей

Проводимость жидкостей отличается от проводимости металлов. Носителями зарядов в них являются ионы. Их количество и электропроводность растут при нагревании, поэтому мощность электродного котла растёт при нагреве от 20 до 100 градусов в несколько раз.

Интересно. Дистиллированная вода является изолятором. Проводимость ей придают растворенные примеси.

Электросопротивление проводов

Самые распространенные металлы для изготовления проводов – медь и алюминий. Сопротивление алюминия выше, но он дешевле меди. Удельное сопротивление меди ниже, поэтому сечение проводов можно выбрать меньше. Кроме того, она прочнее, и из этого металла изготавливаются гибкие многожильные провода.

В следующей таблице показывается удельное электросопротивление металлов при 20 градусах. Для того чтобы определить его при других температурах, значение из таблицы необходимо умножить на поправочный коэффициент, различный для каждого металла. Узнать этот коэффициент можно из соответствующих справочников или при помощи онлайн-калькулятора.

Выбор сечения кабеля

Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения. Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.

Выбор по допустимому нагреву

При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:

В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.

Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.

Допустимые потери напряжения

Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:

Справка. По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.

Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.

В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.

Электросопротивление других металлов

Кроме меди и алюминия, в электротехнике используются другие металлы и сплавы:

  • Железо. Удельное сопротивление стали выше, но она прочнее, чем медь и алюминий. Стальные жилы вплетаются в кабеля, предназначенные для прокладки по воздуху. Сопротивление железа слишком велико для передачи электроэнергии, поэтому при расчёте сечения жилы не учитываются. Кроме того, оно более тугоплавкое, и из него изготавливаются вывода для подключения нагревателей в электропечах большой мощности;
  • Нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (железо, хром и алюминий). Они обладают низкой проводимостью и тугоплавкостью. Из этих сплавов изготавливаются проволочные резисторы и нагреватели;
  • Вольфрам. Его электросопротивление велико, но это тугоплавкий металл (3422 °C). Из него изготавливаются нити накала в электролампах и электроды для аргонно-дуговой сварки;
  • Константан и манганин (медь, никель и марганец). Удельное сопротивление этих проводников не меняется при изменениях температуры. Применяются в претензионных приборах для изготовления резисторов;
  • Драгоценные металлы – золото и серебро. Обладают самой высокой удельной проводимостью, но из-за большой цены их применение ограничено.

Индуктивное сопротивление

Формулы для расчёта проводимости проводов справедливы только в сети постоянного тока или в прямых проводниках при низкой частоте. В катушках и в высокочастотных сетях появляется индуктивное сопротивление, во много раз превышающее обычное. Кроме того, ток высокой частоты распространяется только по поверхности провода. Поэтому его иногда покрывают тонким слоем серебра или используют литцендрат.

На опыте установлено, что сопротивление R металлического проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади его поперечного сечения А :

R = ρL/А (26.4)

где коэффициент ρ называется удельным сопротивлением и служит характеристикой вещества, из которого изготовлен проводник. Это соответствует здравому смыслу: сопротивление толстого провода должно быть меньше, чем тонкого, поскольку в толстом проводе электроны могут перемещаться по большей площади. И можно ожидать роста сопротивления с увеличением длины проводника, так как увеличивается количество препятствий на пути потока электронов.

Типичные значения ρ для разных материалов приведены в первом столбце табл. 26.2. (Реальные значения зависят от чистоты вещества, термической обработки, температуры и других факторов.)

Таблица 26. 2.
Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (при 20 °С)
Веществоρ ,Ом·м ТКС α ,°C -1
Проводники
Серебро1,59·10 -80,0061
Медь1,68·10 -80,0068
Алюминий2,65·10 -80,00429
Вольфрам5,6·10 -80,0045
Железо9,71·10 -80,00651
Платина10,6·10 -80,003927
Ртуть98·10 -80,0009
Нихром (сплав Ni, Fe, Сг)100·10 -80,0004
Полупроводники 1)
Углерод (графит)(3-60)·10 -5-0,0005
Германий(1-500)·10 -5-0,05
Кремний0,1 – 60-0,07
Диэлектрики
Стекло10 9 – 10 12
Резина твердая10 13 – 10 15
1) Реальные значения сильно зависят от наличия даже малого количества примесей.

Самым низким удельным сопротивлением обладает серебро, которое оказывается, таким образом, наилучшим проводником; однако оно дорого. Немногим уступает серебру медь; ясно, почему провода чаще всего изготовляют из меди.

Удельное сопротивление алюминия выше, чем у меди, однако он имеет гораздо меньшую плотность, и в некоторых случаях ему отдают предпочтение (например, в линиях электропередач), поскольку сопротивление проводов из алюминия той же массы оказывается меньше, чем у медных. Часто пользуются величиной, обратной удельному сопротивлению:

σ = 1/ρ (26.5)

σ называемой удельной проводимостью. Удельная проводимость измеряется в единицах (Ом·м) -1 .

Удельное сопротивление вещества зависит от температуры. Как правило, сопротивление металлов возрастает с температурой. Этому не следует удивляться: с повышением температуры атомы движутся быстрее, их расположение становится менее упорядоченным, и можно ожидать, что они будут сильнее мешать движению потока электронов. В узких диапазонах изменения температуры удельное сопротивление металла увеличивается с температурой практически линейно:

где ρ T – удельное сопротивление при температуре Т , ρ 0 – удельное сопротивление при стандартной температуре Т 0 , а α – температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Значения а приведены в табл. 26.2. Заметим, что у полупроводников ТКС может быть отрицательным. Это очевидно, поскольку с ростом температуры увеличивается число свободных электронов и они улучшают проводящие свойства вещества. Таким образом, сопротивление полупроводника с повышением температуры может уменьшаться (хотя и не всегда).

Значения а зависят от температуры, поэтому следует обращать внимание на диапазон температур, в пределах которого справедливо данное значение (например, по справочнику физических величин). Если диапазон изменения температуры окажется широким, то линейность будет нарушаться, и вместо (26.6) надо использовать выражение, содержащее члены, которые зависят от второй и третьей степеней температуры:

ρ T = ρ 0 (1+αТ + + βТ 2 + γТ 3),

где коэффициенты β и γ обычно очень малы (мы положили Т 0 = 0°С), но при больших Т вклад этих членов становится существенным.

При очень низких температурах удельное сопротивление некоторых металлов, а также сплавов и соединений падает в пределах точности современных измерений до нуля. Это свойство называют сверхпроводимостью; впервые его наблюдал нидерландский физик Гейке Камер-линг-Оннес (1853-1926) в 1911 г. при охлаждении ртути ниже 4,2 К. При этой температуре электрическое сопротивление ртути внезапно падало до нуля.

Сверхпроводники переходят в сверхпроводящее состояние ниже температуры перехода, составляющей обычно несколько градусов Кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Наблюдался электрический ток в сверхпроводящем кольце, который практически не ослабевал в отсутствие напряжения в течение нескольких лет.

В последние годы сверхпроводимость интенсивно исследуется с целью выяснить ее механизм и найти материалы, обладающие сверхпроводимостью при более высоких температурах, чтобы уменьшить стоимость и неудобства, обусловленные необходимостью охлаждения до очень низких температур. Первую успешную теорию сверхпроводимости создали Бардин, Купер и Шриффер в 1957 г. Сверхпроводники уже используются в больших магнитах, где магнитное поле создается электрическим током (см. гл. 28), что значительно снижает расход электроэнергии. Разумеется, для поддержания сверхпроводника при низкой температуре тоже затрачивается энергия.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

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)

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.

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.

Как вычислить сопротивление проводника формула. Расчет сопротивлений проводов

Электричество само по себе невидимо, хотя от этого его опасность ничуть не меньше. Даже наоборот: как раз потому и опаснее. Ведь если бы мы его видели, как видим, например, воду, льющуюся из крана, то наверняка бы избежали множества неприятностей.

Вода. Вот она, водопроводная труба, и вот закрытый кран. Ничего не течет, не капает. Но мы точно знаем: внутри вода. И если система исправно работает, то вода эта там находится под давлением. 2, 3 атмосферы, или сколько там? Неважно. Но давление там есть, иначе система бы не работала. Где-то гудят насосы, гонят воду в систему, создают это самое давление.

А вот наш провод электрический. Где-то далеко, на другом конце тоже гудят генераторы, вырабатывают электричество. И в проводе от этого тоже давление… Нет-нет, не давление, конечно, тут в этом проводе напряжение . Оно тоже измеряется, но в своих единицах: в вольтах.

Давит в трубах на стенки вода, никуда не двигаясь, ждет, когда найдется выход, чтобы ринуться туда мощным потоком. И в проводе молча ждет напряжение, когда замкнется выключатель, чтобы потоки электронов двинулись выполнять свое предназначение.

И вот открылся кран, потекла струя воды. По всей трубе течет, двигаясь от насоса к расходному крану. А как только замкнулись контакты выключателя, в проводах потекли электроны. Что это за движение? Это ток . Электроны текут . И это движение, этот ток тоже имеет свою единицу измерения: ампер.

И еще есть сопротивление . Для воды это, образно говоря, размер отверстия в выпускном кране. Чем больше отверстие, тем меньше сопротивление движению воды. В проводах почти также: чем больше сопротивление провода, тем меньше ток.

Вот, как-то так, если образно представлять себе основные характеристики электричества. А с точки зрения науки все строго: существует так называемый закон Ома. Гласит он следующим образом: I = U/R .
I – сила тока. Измеряется в амперах.
U – напряжение. Измеряется в вольтах.
R – сопротивление. Измеряется в омах.

Есть еще одно понятие – мощность, W. С ним тоже просто: W = U*I . Измеряется в ваттах.

Собственно, это вся необходимая и достаточная для нас теория. Из этих четырех единиц измерения в соответствии с вышеприведенными двумя формулами можно вывести некоторое множество других:

ЗадачаФормулаПример
1Узнать силу тока, если известны напряжение и сопротивление.I = U/R I = 220 в / 500 ом = 0.44 а.
2Узнать мощность, если известны ток и напряжение.W = U*I W = 220 в * 0.44 а = 96.8 вт.
3Узнать сопротивление, если известны напряжение и ток.R = U/I R = 220 в / 0.44 а = 500 ом.
4Узнать напряжение, если известны ток и сопротивление.U = I*R U = 0.44 а * 500 ом = 220 в.
5Узнать мощность, если известны ток и сопротивление.W = I 2 *R W = 0.44 а * 0.44 а * 500 ом = 96.8 вт.
6Узнать мощность, если известны напряжение и сопротивление.W = U 2 /R W = 220 в * 220 в / 500 ом = 96.8 вт.
7 Узнать силу тока, если известны мощность и напряжение.I = W/U I = 96.8 вт / 220 в = 0,44 а.
8Узнать напряжение, если известны мощность и ток.U = W/I U = 96.8 вт / 0.44 а = 220 в.
9Узнать сопротивление, если известны мощность и напряжение.R = U 2 /W R = 220 в * 220 в / 96.8 вт = 500 ом.
10Узнать сопротивление, если известны мощность и ток.R = W/I 2 R = 96.8 вт / (0,44 а * 0,44 а) = 500 ом.

Ты скажешь: – Зачем мне это все надо? Формулы, цифры… Я ж не собираюсь заниматься расчетами.

А я так отвечу: – Перечитай предыдущую статью . Как можно быть уверенным, не зная простейших истин и расчетов? Хотя, собственно, в бытовом практическом плане наиболее интересна только формула 7, где определяется сила тока при известных напряжении и мощности. Как правило, эти 2 величины известны, а результат (сила тока) безусловно необходим для определения допустимого сечения провода и для выбора защиты .

Есть еще одно обстоятельство, о котором следует упомянуть в контексте этой статьи. В электроэнергетике используется так называемый “переменный” ток. То есть, те самые электроны движутся в проводах не всегда в одном направлении, они постоянно меняют его: вперед-назад-вперед-назад… И эта смена направления движения – 100 раз в секунду.

Погоди, но ведь везде говорится, что частота 50 герц! Да, именно так и есть. Частота измеряется в количестве периодов за секунду, но в каждом периоде ток меняет свое направление дважды. Иначе сказать, в одном периоде две вершины, которые характеризуют максимальное значение тока (положительное и отрицательное), и именно в этих вершинах происходит смена направления.

Не будем вдаваться в подробности более глубоко, но все же: почему именно переменный, а не постоянный ток?

Вся проблема в передаче электроэнергии на большие расстояния. Тут как раз вступает в силу неумолимый закон Ома. При больших нагрузках, если напряжение 220 вольт, сила тока может быть очень большой. Для передачи электроэнергии с таким током потребуются провода очень большого сечения.

Выход здесь только один: поднять напряжение. Седьмая формула говорит: I = W/U . Совершенно очевидно, что если мы будем подавать напряжение не 220 вольт, а 220 тысяч вольт, то сила тока уменьшится в тысячу раз. А это значит, что сечение проводов можно взять намного меньше.

Поиск по сайту.
Вы можете изменить поисковую фразу.

Элементы электрической цепи можно соединить двумя способами. Последовательное соединение подразумевает подключение элементов друг к другу, а при параллельном соединении элементы являются частью параллельных ветвей. Способ соединения резисторов определяет метод вычисления общего сопротивления цепи.

Шаги

Последовательное соединение

    Определите, является ли цепь последовательной. Последовательное соединение представляет собой единую цепь без каких-либо разветвлений. Резисторы или другие элементы расположены друг за другом.

    Сложите сопротивления отдельных элементов. Сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех элементов, входящих в эту цепь. Сила тока в любых частях последовательной цепи одна и та же, поэтому сопротивления просто складываются.

  • Например, последовательная цепь состоит из трех резисторов с сопротивлениями 2 Ом, 5 Ом и 7 Ом. Общее сопротивление цепи: 2 + 5 + 7 = 14 Ом.
  • Если сопротивление каждого элемента цепи не известно, воспользуйтесь законом Ома: V = IR, где V – напряжение, I – сила тока, R – сопротивление. Сначала найдите силу тока и общее напряжение.

    Подставьте известные значения в формулу, описывающую закон Ома. Перепишите формулу V = IR так, чтобы обособить сопротивление: R = V/I. Подставьте известные значения в эту формулу, чтобы вычислить общее сопротивление.

    • Например, напряжение источника тока равно 12 В, а сила тока равна 8 А. Общее сопротивление последовательной цепи: R O = 12 В / 8 А = 1,5 Ом.

    Параллельное соединение

    1. Определите, является ли цепь параллельной. Параллельная цепь на некотором участке разветвляется на несколько ветвей, которые затем снова соединяются. Ток течет по каждой ветви цепи.

      Вычислите общее сопротивление на основе сопротивления каждой ветви. Каждый резистор уменьшает силу тока, проходящего через одну ветвь, поэтому она оказывает небольшое влияние на общее сопротивление цепи. Формула для вычисления общего сопротивления: , где R 1 – сопротивление первой ветви, R 2 – сопротивление второй ветви и так далее до последней ветви R n .

      • Например, параллельная цепь состоит из трех ветвей, сопротивления которых равны 10 Ом, 2 Ом и 1 Ом.
        Воспользуйтесь формулой 1 R O = 1 10 + 1 2 + 1 1 {\displaystyle {\frac {1}{R_{O}}}={\frac {1}{10}}+{\frac {1}{2}}+{\frac {1}{1}}} , чтобы вычислить R O
        Приведите дроби к общему знаменателю : 1 R O = 1 10 + 5 10 + 10 10 {\displaystyle {\frac {1}{R_{O}}}={\frac {1}{10}}+{\frac {5}{10}}+{\frac {10}{10}}}
        1 R O = 1 + 5 + 10 10 = 16 10 = 1 , 6 {\displaystyle {\frac {1}{R_{O}}}={\frac {1+5+10}{10}}={\frac {16}{10}}=1,6}
        Умножьте обе части на R O: 1 = 1,6R O
        R O = 1 / 1,6 = 0,625 Ом.
    2. Вычислите сопротивление по известной силе тока и напряжению. Сделайте это, если сопротивление каждого элемента цепи не известно.

      Подставьте известные значения в формулу закона Ома. Если известны значения общей силы тока и напряжения в цепи, общее сопротивление вычисляется по закону Ома: R = V/I.

      • Например, напряжение в параллельной цепи равно 9 В, а общая сила тока равна 3 А. Общее сопротивление: R O = 9 В / 3 А = 3 Ом.
    3. Поищите ветви с нулевым сопротивлением. Если у ветви параллельной цепи вообще нет сопротивления, то весь ток будет течь через такую ветвь. В этом случае общее сопротивление цепи равно 0 Ом.

    Комбинированное соединение

    1. Разбейте комбинированную цепь на последовательную и параллельную. Комбинированная цепь включает элементы, которые соединены как последовательно, так и параллельно. Посмотрите на схему цепи и подумайте, как разбить ее на участки с последовательным и параллельным соединением элементов. Обведите каждый участок, чтобы упростить задачу по вычислению общего сопротивления.

      • Например, цепь включает резистор, сопротивление которого равно 1 Ом, и резистор, сопротивление которого равно 1,5 Ом. За вторым резистором схема разветвляется на две параллельные ветви – одна ветвь включает резистор с сопротивлением 5 Ом, а вторая – с сопротивлением 3 Ом. Обведите две параллельные ветви, чтобы выделить их на схеме цепи.
    2. Найдите сопротивление параллельной цепи. Для этого воспользуйтесь формулой для вычисления общего сопротивления параллельной цепи: 1 R O = 1 R 1 + 1 R 2 + 1 R 3 + . . . 1 R n {\displaystyle {\frac {1}{R_{O}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {1}{R_{3}}}+…{\frac {1}{R_{n}}}} .

      • В нашем примере параллельная цепь включает две ветви, сопротивления которых равны R 1 = 5 Ом и R 2 = 3 Ом.
        1 R p a r = 1 5 + 1 3 {\displaystyle {\frac {1}{R_{par}}}={\frac {1}{5}}+{\frac {1}{3}}}
        1 R p a r = 3 15 + 5 15 = 3 + 5 15 = 8 15 {\displaystyle {\frac {1}{R_{par}}}={\frac {3}{15}}+{\frac {5}{15}}={\frac {3+5}{15}}={\frac {8}{15}}}
        R p a r = 15 8 = 1 , 875 {\displaystyle R_{par}={\frac {15}{8}}=1,875} Ом.
    3. Упростите цепь. После того как вы нашли общее сопротивление параллельной цепи, ее можно заменить одним элементом, сопротивление которого равно вычисленному значению.

      • В нашем примере избавьтесь от двух параллельных ветвей и замените их одним резистором с сопротивлением 1,875 Ом.
    4. Сложите сопротивления резисторов, соединенных последовательно. Заменив параллельную цепь одним элементом, вы получили последовательную цепь. Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех элементов, которые включены в эту цепь.

      • После упрощения цепи она состоит из трех резисторов со следующими сопротивлениями: 1 Ом, 1,5 Ом и 1,875 Ом. Все три резистора соединены последовательно: R O = 1 + 1 , 5 + 1 , 875 = 4 , 375 {\displaystyle R_{O}=1+1,5+1,875=4,375} Ом.
  • Среди прочих показателей, характеризующих электрическую цепь, проводник, стоит выделить электрическое сопротивление. Оно определяет способность атомов материала препятствовать направленному прохождению электронов. Помощь в определении данной величины может оказать как специализированный прибор – омметр, так и математические расчеты на основании знаний о взаимосвязях между величинами и физическими свойствами материала. Измерение показателя производится в Омах (Ом), обозначением служит символ R.

    Закон Ома – математический подход при определении сопротивления

    Соотношение, установленное Георгом Омом, определяет взаимосвязь между напряжением, силой тока, сопротивлением, основанную на математическом взаимоотношении понятий. Справедливость линейной взаимосвязи – R = U/I (отношение напряжения к силе тока) – отмечается не во всех случаях.
    Единица измерения [R] = B/A = Ом. 1 Ом – сопротивление материала, по которому идет ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт.

    Эмпирическая формула расчета сопротивления

    Объективные данные о проводимости материала следуют из его физических характеристик, определяющих как его собственно свойства, так и реакции на внешние влияния. Исходя из этого проводимость зависит от:

    • Размера.
    • Геометрии.
    • Температуры.

    Атомы проводящего материала сталкиваются с направленными электронами, препятствуя их дальнейшему продвижению. При высокой концентрации последних атомы не способны им противостоять и проводимость оказывается высокой. Большие значения сопротивления характерны для диэлектриков, которые отличаются практически нулевой проводимостью.

    Одной из определяющих характеристик каждого проводника является его удельное сопротивление – ρ. Оно определяет зависимость сопротивления от материала проводника и воздействий извне. Это фиксированная (в пределах одного материала) величина, которая представляет данные проводника следующих размеров – длина 1 м (ℓ), площадь сечения 1 кв.м. Поэтому взаимосвязь между данными величинами выражается соотношением: R = ρ* ℓ/S:

    • Проводимость материала падает по мере увеличения его длины.
    • Увеличение площади сечения проводника влечет за собой снижение его сопротивления. Такая закономерность обусловлена уменьшением плотности электронов, а, следовательно, и контакт частиц материала с ними становится более редким.
    • Рост температуры материала стимулирует рост сопротивления, в то время как падение температуры влечет за собой его снижение.

    Расчет площади сечения целесообразно производить согласно формуле S = πd 2 / 4. В определении длины поможет рулетка.

    Взаимосвязь c мощностью (P)

    Исходя из формулы закона Ома, U = I*R и P = I*U. Следовательно, P = I 2 *R и P = U 2 /R.
    Зная величину силы тока и мощность, сопротивление можно определить как: R = P/I 2 .
    Зная величину напряжения и мощности, сопротивление легко вычислить по формуле: R = U 2 /P.

    Сопротивление материала и величины других сопутствующих характеристик могут быть получены с применением специальных измерительных приборов или на основании установленных математических закономерностей.

    В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и не проводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).

    Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.

    В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.

    Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.

    В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

    Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

    Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

    Где I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А ; U В ; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается .

    Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R , то с помощью выше приведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I .

    С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

    Применение закона Ома на практике

    На практике часто приходится определять не силу тока I , а величину сопротивления R . Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R , зная протекающий ток I и величину напряжения U .

    Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

    Формула Закона Джоуля-Ленца

    Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца .

    Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

    где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт ; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В ; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А .

    Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

    Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала .

    Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

    Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

    Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

    Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

    Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой несвязанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

    По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.

    А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

    Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

    Электрическое сопротивление физическая величина, которая показывает, какое препятствие создается току при его прохождении по проводнику . Единицами измерения служат Омы, в честь Георга Ома. В своем законе он вывел формулу для нахождения сопротивления, которая приведена ниже.

    Рассмотрим сопротивление проводников на примере металлов. Металлы имеют внутреннее строение в виде кристаллической решетки. Эта решетка имеет строгую упорядоченность, а её узлами являются положительно заряженные ионы. Носителями заряда в металле выступают “свободные” электроны, которые не принадлежат определенному атому, а хаотично перемещаются между узлами решетки. Из квантовой физики известно, что движение электронов в металле это распространение электромагнитной волны в твердом теле. То есть электрон в проводнике движется со скоростью света (практически), и доказано, что он проявляет свойства не только как частица, но еще и как волна. А сопротивление металла возникает в результате рассеяния электромагнитных волн (то есть электронов) на тепловых колебаниях решетки и её дефектах. При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки часть энергии передается узлам, вследствие чего выделяется энергия. Эту энергию можно вычислить при постоянном токе , благодаря закону Джоуля-Ленца – Q=I 2 Rt. Как видите чем больше сопротивление, тем больше энергии выделяется.

    Удельное сопротивление

    Существует такое важное понятие как удельное сопротивление, это тоже самое сопротивление, только в единице длины. У каждого металла оно свое, например у меди оно равно 0,0175 Ом*мм2/м, у алюминия 0,0271 Ом*мм2/м. Это значит, брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 будет иметь сопротивление 0,0175 Ом, а такой же брусок, но из алюминия будет иметь сопротивление 0,0271 Ом. Выходит что электропроводность меди выше чем у алюминия. У каждого металла удельное сопротивление свое, а рассчитать сопротивление всего проводника можно по формуле

    где p – удельное сопротивление металла, l – длина проводника, s – площадь поперечного сечения.

    Значения удельных сопротивлений приведены в таблице удельных сопротивлений металлов (20°C)

    Вещество

    p , Ом*мм 2 /2

    α,10 -3 1/K

    Алюминий

    0.0271

    Вольфрам

    0.055

    Железо

    0.098

    Золото

    0.023

    Латунь

    0.025-0.06

    Манганин

    0.42-0.48

    0,002-0,05

    Медь

    0.0175

    Никель

    Константан

    0.44-0.52

    0.02

    Нихром

    0.15

    Серебро

    0.016

    Цинк

    0.059

    Кроме удельного сопротивления в таблице есть значения ТКС, об этом коэффициенте чуть позже.

    Зависимость удельного сопротивления от деформаций


    При холодной обработке металлов давлением, металл испытывает пластическую деформацию. При пластической деформации кристаллическая решетка искажается, количество дефектов становится больше. С увеличением дефектов кристаллической решетки, сопротивление течению электронов по проводнику растет, следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается. К примеру, проволоку изготавливают методом протяжки, это значит, что металл испытывает пластическую деформацию, в результате чего, удельное сопротивление растет. На практике для уменьшения сопротивления применяют рекристаллизационный отжиг, это сложный технологический процесс, после которого кристаллическая решетка как бы, “расправляется” и количество дефектов уменьшается, следовательно, и сопротивление металла тоже.

    При растяжении или сжатии, металл испытывает упругую деформацию. При упругой деформации вызванной растяжением, амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки увеличиваются, следовательно, электроны испытывают большие затруднения, и в связи с этим, увеличивается удельное сопротивление. При упругой деформации вызванной сжатием, амплитуды тепловых колебаний узлов уменьшаются, следовательно, электронам проще двигаться, и удельное сопротивление уменьшается.

    Влияние температуры на удельное сопротивление

    Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3 Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле

    где r это удельное сопротивление после нагрева, r 0 – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t 2 – температура до нагрева, t 1 – температура после нагрева.

    Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм 2 /м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия.

    Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

    На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко. Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор . Резистор применяется практически в любой электрической схеме.

    Сопротивление проводников

    • Изучив этот раздел, вы сможете:
    • • Рассчитайте размеры проводника.
    • • Опишите влияние длины и площади поперечного сечения на сопротивление проводника.

    Как размеры проводника влияют на его сопротивление

    Проводник – это любой материал, позволяющий протекать через него электрическому току.Способность любого проводника в электрической цепи пропускать ток оценивается по его электрическому СОПРОТИВЛЕНИЮ. Сопротивление – это способность противодействовать прохождению электрического тока. Напряжение – это электрическая сила, которая заставляет ток течь через проводник, но чем больше значение сопротивления любого проводника, тем меньше тока будет протекать при любом конкретном значении приложенного напряжения. Сопротивление проводника в основном зависит от трех факторов:

    Рис. 1.3.1 Расчет размеров проводника

    1.ДЛИНА проводника.

    2. ПЛОЩАДЬ ПОПЕРЕЧНЯ кондуктора.

    3. МАТЕРИАЛ, из которого изготовлен проводник.

    Поскольку сопротивление больше в более длинных проводниках, чем в более коротких, то:

    СОПРОТИВЛЕНИЕ (R) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ДЛЯ ДЛИНЫ (L)

    и записывается как R ∝ L (∝ означает пропорционально …)

    Следовательно, чем длиннее проводник, тем больше сопротивление и, следовательно, протекает меньше тока.

    Также, поскольку сопротивление меньше в проводниках с большой площадью поперечного сечения:

    СОПРОТИВЛЕНИЕ (R) ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ПОПЕРЕЧНОЙ ПЛОЩАДИ (A)

    , который записывается как R ∝ 1 / A (или R ∝ A -1 ).

    Чем больше площадь поперечного сечения, тем больше тока может протекать по проводнику, поэтому тем меньше значение сопротивления проводника.

    Круглые проводники

    Если проводник имеет круглое поперечное сечение, площадь круга можно определить по формуле:

    π r 2 Где π = 3,142, а r – радиус окружности.

    Если поперечное сечение проводника квадратное или прямоугольное, площадь поперечного сечения проводника все же можно определить, просто умножив ширину на высоту.Большинство проводников, используемых в кабелях и т. Д., Конечно, имеют круглое поперечное сечение.

    Материал, из которого изготовлен проводник, также влияет на его сопротивление, величина которого зависит от СОПРОТИВЛЕНИЯ материала, описанного в Модуле 1.4 резисторов и схем.

    Электрическое сопротивление | Encyclopedia.com

    Электрическое сопротивление провода или цепи – это сопротивление протеканию электрического тока. Объект, сделанный из хорошего электрического проводника, например медь, будет иметь низкое сопротивление по сравнению с идентичным объектом из плохого проводника.Хорошие изоляторы, такие как резиновые или стеклянные изоляторы, обладают высоким сопротивлением. Сопротивление измеряется в омах (Ом) и связано с током в цепи и напряжением в цепи по закону Ома, В = IR (где В, – напряжение, I – ток, а R – сопротивление, все в соответствующих единицах). Иногда желательно сопротивление, например, в электронных компонентах, называемых резисторами, которые имеют определенное сопротивление. С другой стороны, сопротивление иногда нежелательно, как в проводах, предназначенных для передачи сигналов или мощности от одной точки к другой.

    Когда ток течет через объект с ненулевым сопротивлением, энергия рассеивается в виде тепла. Количество мощности (энергии в единицу времени) P , рассеиваемой сопротивлением R , несущим ток I, определяется как P = I 2 R . Мощность рассеивается в виде тепла. Потери мощности из-за резистивного нагрева являются причиной того, почему протяженные линии электропередач спроектированы так, чтобы иметь минимально возможное сопротивление и работать при возможном высоком напряжении; по закону Ома высокое напряжение означает низкий ток, а по закону силы тока низкий ток означает низкое рассеивание мощности.

    Сопротивление данного куска провода зависит от трех факторов: длины провода, площади поперечного сечения провода и удельного сопротивления материала, из которого он состоит. Чтобы понять, как это работает, представьте себе воду, текущую по шлангу. Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично току в проводе. Подобно тому, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстый провод может пропускать больше тока, чем тонкий. Для провода чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление; чем меньше площадь поперечного сечения, тем выше сопротивление.Теперь рассмотрим длину. По очень длинному шлангу труднее протекать воде просто потому, что она должна течь дальше. Точно так же току труднее проходить по более длинному проводу. Более длинный провод будет иметь большее сопротивление. Удельное сопротивление – это свойство материала в проводе, которое зависит от химического состава материала, но не от количества материала или формы (длины, площади поперечного сечения) материала. Медь имеет низкое удельное сопротивление, но сопротивление данной медной проволоки зависит от ее длины и площади.Замена медного провода на провод той же длины и площади, но с более высоким удельным сопротивлением приведет к более высокому сопротивлению. В аналогии со шлангом это похоже на наполнение шланга песком. Через шланг, заполненный песком, будет течь меньше воды, чем через такой же свободный шланг. Фактически песок имеет более высокое сопротивление потоку воды. Таким образом, полное сопротивление провода представляет собой удельное сопротивление материала, составляющего провод, умноженное на длину провода, деленное на площадь поперечного сечения провода.

    10.4: Сопротивление и сопротивление – Physics LibreTexts

    Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток.Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление . Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

    Удельное сопротивление

    Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле \ (\ vec {E} \), и заряды в проводнике ощущают силу, создаваемую электрическим полем.Плотность тока \ (\ vec {J} \), которая получается, зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю. В этих случаях плотность тока можно смоделировать как

    \ [\ vec {J} = \ sigma \ vec {E}, \]

    , где \ (\ sigma \) – это электрическая проводимость . Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество.{-1} \).

    Электропроводность – это внутреннее свойство материала. Другим неотъемлемым свойством материала является удельное сопротивление или электрическое сопротивление . Удельное сопротивление материала – это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока. Символ удельного сопротивления – строчная греческая буква ро, \ (\ rho \), а удельное сопротивление – величина, обратная удельной электропроводности:

    \ [\ rho = \ dfrac {1} {\ sigma}. \]

    Единицей измерения удельного сопротивления в системе СИ является ом-метр \ ((\ Omega \ cdot m \).Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока.

    \ [\ rho = \ dfrac {E} {J}. \]

    Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем. Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением.{-1}\)ConductorsSemiconductors [1]Insulators”>

    Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике.Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

    Пример \ (\ PageIndex {1} \): плотность тока, сопротивление и электрическое поле для токоведущего провода

    Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле 5-метрового медного провода диаметром 2,053 мм (калибр 12), по которому проходит ток \ (I – 10 \, мА \).

    Стратегия

    Мы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, которая равна \ (A = 3.{-5} \ dfrac {V} {m}. \ End {align *} \]

    Значение

    Исходя из этих результатов, неудивительно, что медь используется для проводов, проводящих ток, потому что сопротивление довольно мало. Обратите внимание, что плотность тока и электрическое поле не зависят от длины провода, но напряжение зависит от длины.

    Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

    Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам.2} \). Третья важная характеристика – пластичность. Пластичность – это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью. Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью. Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем преимущества и недостатки?

    Ответ

    Серебро, золото и алюминий используются для изготовления проводов.Все четыре материала обладают высокой проводимостью, серебро – самой высокой. Все четыре элемента легко скручиваются в проволоку и обладают высоким пределом прочности на разрыв, хотя и не таким высоким, как медь. Очевидным недостатком золота и серебра является их стоимость, но серебряные и золотые провода используются для специальных применений, таких как провода для динамиков. Золото не окисляется, улучшая связи между компонентами. У алюминиевых проводов есть свои недостатки. Алюминий имеет более высокое удельное сопротивление, чем медь, поэтому требуется больший диаметр, чтобы соответствовать сопротивлению на длину медных проводов, но алюминий дешевле, чем медь, поэтому это не является серьезным недостатком.Алюминиевая проволока не обладает такой высокой пластичностью и прочностью на разрыв, как медная, но пластичность и прочность на разрыв находятся в допустимых пределах. Есть несколько проблем, которые необходимо решить при использовании алюминия, и следует соблюдать осторожность при выполнении соединений. Алюминий имеет более высокий коэффициент теплового расширения, чем медь, что может привести к ослаблению соединений и возможной опасности возгорания. Окисление алюминия не проводит и может вызвать проблемы. При использовании алюминиевых проводов необходимо использовать специальные методы, а компоненты, такие как электрические розетки, должны быть рассчитаны на прием алюминиевых проводов.

    PhET

    Просмотрите это интерактивное моделирование, чтобы увидеть, как площадь поперечного сечения, длина и удельное сопротивление провода влияют на сопротивление проводника. Отрегулируйте переменные с помощью ползунков и посмотрите, станет ли сопротивление меньше или больше.

    Температурная зависимость удельного сопротивления

    Вернувшись к таблице \ (\ PageIndex {1} \), вы увидите столбец с надписью «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры.В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в структуре решетки металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:

    \ [\ rho \ приблизительно \ rho_0 [1 + \ alpha (T – T_0)], \]

    , где \ (\ rho \) – удельное сопротивление материала при температуре T , \ (\ alpha \) – температурный коэффициент материала, а \ (\ rho_0 \) – удельное сопротивление при \ (T_0 \) , обычно принимается как \ (T_0 = 20.oC \).

    Обратите внимание, что температурный коэффициент \ (\ alpha \) отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице \ (\ PageIndex {1} \), что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения \ (\ rho \) с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

    Сопротивление

    Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента. Сопротивление – это мера того, насколько сложно пропустить ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление является характеристикой материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление является характеристикой провода или компонента.

    Чтобы рассчитать сопротивление, рассмотрим участок проводящего провода с площадью поперечного сечения A , длиной L и удельным сопротивлением \ (\ rho \).Батарея подключается к проводнику, обеспечивая разность потенциалов \ (\ Delta V \) на нем (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Разность потенциалов создает электрическое поле, которое пропорционально плотности тока, согласно \ (\ vec {E} = \ rho \ vec {J} \).

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): потенциал, обеспечиваемый батареей, прикладывается к сегменту проводника с площадью поперечного сечения \ (A \) и длиной \ (L \).

    Величина электрического поля на отрезке проводника равна напряжению, деленному на длину, \ (E = V / L \), а величина плотности тока равна току, деленному на поперечную площадь сечения \ (J = I / A \).Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:

    \ [\ begin {align *} E & = \ rho J \\ [4pt] \ dfrac {V} {L} & = \ rho \ dfrac {I} {A} \\ [4pt] V & = \ left (\ rho \ dfrac {L} {A} \ right) I. \ end {align *} \]

    Определение: Сопротивление

    Отношение напряжения к току определяется как сопротивление \ (R \):

    \ [R \ Equiv \ dfrac {V} {I}.\]

    Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:

    \ [R \ Equiv \ dfrac {V} {I} = \ rho \ dfrac {L} {A}. \]

    Единица измерения сопротивления – Ом \ (\ Омега \). Для данного напряжения, чем выше сопротивление, тем ниже ток.

    Резисторы

    Резистор является обычным компонентом электронных схем. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения.На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показаны символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два широко используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC). Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но отметим, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): символы резистора, используемые в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (б) символ IEC.

    Зависимость сопротивления материала и формы от формы

    Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения A и длиной L , сделанный из материала с удельным сопротивлением \ (\ rho \) (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) . Сопротивление резистора \ (R = \ rho \ dfrac {L} {A} \)

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Модель резистора в виде однородного цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A .Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше его площадь поперечного сечения A , тем меньше его сопротивление.

    Наиболее распространенным материалом для изготовления резистора является углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, к нему прикреплены два медных вывода. Второй тип резистора – это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным.Опять же, в концы резистора вставляются медные провода. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

    Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Многие резисторы напоминают рисунок, показанный выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют собой первые две цифры сопротивления резистора. Третий цвет – множитель. Четвертый цвет обозначает допуск резистора.{-5} \, \ Omega \), а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление зависит от формы объекта и материала, из которого он состоит.

    Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку \ (R_0 \) прямо пропорционально \ (\ rho \). Для цилиндра мы знаем \ (R = \ rho \ dfrac {L} {A} \), поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R имеет ту же температурную зависимость, что и \ ( \ rho \).(Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на \ (\ rho \).) Таким образом,

    \ [R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T) \ label {Tdep} \]

    – это температурная зависимость сопротивления объекта, где \ (R_0 \) – исходное сопротивление (обычно принимаемое равным \ (T = 20,00 ° C \), а R – сопротивление после изменения температуры \ (\ Дельта Т \).oC \).

    Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (Рисунок \ (\ PageIndex {5} \)). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры. Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

    Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.oC) \ right) \\ [5pt] & = 4.8 \, \ Omega \ end {align *} \]

    Значение

    Обратите внимание, что сопротивление изменяется более чем в 10 раз, когда нить накала нагревается до высокой температуры, а ток через нить накала зависит от сопротивления нити и приложенного напряжения. Если нить накаливания используется в лампе накаливания, начальный ток через нить накала при первом включении лампы будет выше, чем ток после того, как нить накала достигнет рабочей температуры.

    Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

    Тензодатчик – это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей основы, поддерживающей рисунок из проводящей фольги. Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения основы. Как меняется сопротивление тензодатчика? Влияет ли тензодатчик на изменение температуры?

    Ответ

    Рисунок фольги растягивается по мере растяжения основы, а дорожки фольги становятся длиннее и тоньше.Поскольку сопротивление рассчитывается как \ (R = \ rho \ dfrac {L} {A} \), сопротивление увеличивается по мере того, как дорожки из фольги растягиваются. При изменении температуры меняется и удельное сопротивление дорожек фольги, изменяя сопротивление. Один из способов борьбы с этим – использовать два тензодатчика, один используется в качестве эталона, а другой – для измерения деформации. Два тензодатчика поддерживаются при постоянной температуре

    Сопротивление коаксиального кабеля

    Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, которые являются сигналами от другого оборудования и приборов.Коаксиальные кабели используются во многих случаях, когда требуется устранение этого шума. Например, их можно найти дома через кабельное телевидение или другие аудиовизуальные соединения. Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника с радиусом \ (r_i \), окруженного вторым внешним концентрическим проводником с радиусом \ (r_0 \) (рисунок \ (\ PageIndex {6} \)). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например полиэтиленовым пластиком. Между двумя проводниками возникает небольшой ток радиальной утечки.Определите сопротивление коаксиального кабеля длиной L .

    Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических проводников, разделенных изоляцией. Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных средствах связи.

    Стратегия

    Мы не можем использовать уравнение \ (R = \ rho \ dfrac {L} {A} \) напрямую. Вместо этого мы смотрим на концентрические цилиндрические оболочки толщиной dr и интегрируем.

    Решение

    Сначала мы находим выражение для \ (dR \), а затем интегрируем от \ (r_i \) до \ (r_0 \),

    \ [\ begin {align *} dR & = \ dfrac {\ rho} {A} dr \\ [5pt] & = \ dfrac {\ rho} {2 \ pi r L} dr, \ end {align *} \]

    Объединение обеих сторон

    \ [\ begin {align *} R & = \ int_ {r_i} ^ {r_0} dR \\ [5pt] & = \ int_ {r_i} ^ {r_0} \ dfrac {\ rho} {2 \ pi r L } dr \\ [5pt] & = \ dfrac {\ rho} {2 \ pi L} \ int_ {r_i} ^ {r_0} \ dfrac {1} {r} dr \\ [5pt] & = \ dfrac {\ rho} {2 \ pi L} \ ln \ dfrac {r_0} {r_i}.\ end {align *} \]

    Значение

    Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов, а также удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника. Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к ослаблению (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.

    Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)

    Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля, а также внутреннего и внешнего радиуса двух проводников.Если вы разрабатываете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?

    Ответ

    Чем больше длина, тем меньше сопротивление. Чем больше удельное сопротивление, тем выше сопротивление. Чем больше разница между внешним радиусом и внутренним радиусом, то есть чем больше соотношение между ними, тем больше сопротивление. Если вы пытаетесь максимизировать сопротивление, выбор значений для этих переменных будет зависеть от приложения.Например, если кабель должен быть гибким, выбор материалов может быть ограничен.

    Phet: Цепь батареи и резистора

    Просмотрите это моделирование, чтобы увидеть, как приложенное напряжение и сопротивление материала, через который протекает ток, влияют на ток через материал. Вы можете визуализировать столкновения электронов и атомов материала, влияющие на температуру материала.

    Авторы и авторство

    • Сэмюэл Дж.Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

    Общая физика II

    Текущие и Сопротивление

    Вопросы 2, 3, 4, 5, 7, 9, 17, 20

    Задачи 1, 2, 7, 8, 15, 16, 22, 27, 33, 36, 43, 45, 46, 48, 49, 52


    Q2 Какие факторы влияют на сопротивление проводника?

    Длина, поперечное сечение, материал и температура все влияют на сопротивление.

    Q3 В чем разница между сопротивлением и удельное сопротивление?

    Сопротивление – это величина отношения напряжений через сопротивление, деленное на ток через резистор. Удельное сопротивление – характеристика материала какой резистор сделан.

    Q4 Два провода A и B круглого сечения изготовлены из того же металла и имеют одинаковую длину, но сопротивление провода А в три раза больше, чем провода Б.Что соотношение их площадей поперечного сечения? Как соотносятся их радиусы?

    Вспомните наше уравнение R = L / A

    Изготовление из того же материала означает удельное сопротивление то же самое для двух проводов. У них одинаковая длина. Их площади поперечного сечения A должны отличаться в 3 раза. С

    А = р 2

    радиусы должны изменяться как квадратный корень из 3.

    Q5 Что требуется для поддержания устойчивого ток в проводнике?

    Постоянная разность потенциалов (или напряжения). Этот также означает постоянное электрическое поле внутри проводника – вызвано постоянным напряжением.

    Q7 Когда напряжение на определенном проводе удвоение тока наблюдается в три раза. Что можно сделать о дирижере?

    Этот проводник не подчиняется закону Ома.

    Q9 Почему «хороший» электрический проводник также может быть «хорошим» термическим? дирижер?

    Электроны, свободно перемещающиеся по материалу, например металл – проводят электричество, а также проводят тепло.

    Q17 Два проводника одинаковой длины и радиуса подключены через одну и ту же разность потенциалов. У одного дирижера вдвое больше сопротивления другого. Какой проводник будет рассеивать больше силы?

    P = I V = I 2 R = В 2 / R

    Использовать

    P = V 2 / R

    Напряжение у обоих конечно одинаковое.Тот, у кого меньшее сопротивление рассеивает большую мощность.

    Q20 Две лампочки работают от 110 В, но одна из них номинальная мощность 25 Вт, а другая – 100 Вт. Какая лампа несет больший ток?

    P = I V = I 2 R = В 2 / R

    Использовать

    P = I V

    или

    I = P / V

    При одинаковом напряжении (110 В) ток пропорционален к власти.Таким образом, лампа мощностью 100 Вт пропускает в четыре раза больше тока. лампы мощностью 25 Вт.


    27,1 В модели Бора атома водорода электрон в низкоэнергетическом состоянии следует по круговой траектории, 5,29 x 10 – 11 м от протона.

    (a) Покажите, что скорость электрона равна 2,19 x 10 6 м / с.

    Что удерживает электрон на своей орбите? В центростремительная сила обеспечивается электрической силой от Закон Кулона Fc = m v 2 / r = k Qq / r 2 = Fel

    м v 2 / r = k e2 / r 2

    v 2 = k e 2 / r m

    v 2 = (9×10 9 ) (1.6×10 -19 ) 2 / [( 5,29×10 -11 ) (9,11×10 -31 )]

    v 2 = 4,78 x 10 12 м 2 / с 2

    v = 2,19 x 10 6 м / с

    (b) Какой эффективный ток связан с этим орбитальным движением? электрон?

    Ток равен I = dQ / dt

    Какой период у этого электрона на орбите?

    v = C / T

    T = C / v

    Т = 2 р / в

    Т = 2 (5.29×10 -11 ) / (2,19 x 10 6 м / с)

    T = 1,52 x 10 -16 с

    То есть электрон, с Q = e = 1,6 x 10 – 19 C заряда проходит каждые 1,2 x 10 – 16 с на ток

    I = 1,6 x 10 -19 C / 1,52 x 10 – 16 с

    I = 1,05 x 10 – 3 A

    I = 1.05 мА

    27,2 В конкретной электронно-лучевой трубке измеряемый пучок ток 30 А. Сколько электронов ударяет по экрану трубки каждые 40 с?

    I = Q / т

    Q = N e

    I = N e / 40 с

    N = (40 с) (I) / e

    N = (40 с) (30 x 10 – 6 C / s) / 1,6 x 10 – 19 С

    N = 7.5 х 10 15

    27,7 Генератор Ван де Граафа создает луч Дейтроны с энергией 2,0 МэВ, представляющие собой тяжелые ядра водорода, содержащие протон и нейтрон.

    (а) Если ток пучка 10,0 А, как далеко друг от друга дейтроны в пучке?

    Во-первых, какова скорость дейтронов? E = KE = ( 1 / 2 ) м v 2 = 2.0 МэВ [10 6 эВ / МэВ] [ 1,6 x 10 -19 Дж / эВ]

    Напоминая, что

    эВ = (1,6 x 10 -19 C) (V) [(J / C) / V] = 1,6 x 10 – 19 Дж

    ( 1 / 2 ) m v 2 = 3,2 x 10 -13 J

    Какова масса дейтрона? Из таблицы А.3, стр. A.4, находим

    м = 2,014 м

    измеряется в единицах u, «единых единицах массы». Но что ты?

    1 u = 1,66 x 10 – 27 кг

    м = 2,014 ед. [1,66 x 10 – 27 кг / ед]

    м = 3,34 x 10 – 27 кг

    ( 1 / 2 )) (3.34 x 10 – 27 кг) v2 = 3,2 x 10 – 13 J

    v 2 = 2 (3,2 x 10 -13 Дж) / 3,34 x 10 – 27 кг

    v 2 = 1,92 x 10 14 м2 / с2

    v = 1,38 x 10 7 м / с

    I = Q / т

    Назовите время между дейтронами T. Каждый дейтрон имеет заряд эл.

    I = e / T

    T = e / I

    T = (1,6 x 10 -19 C) / (10 x 10 – 6 C / с)

    T = 1,6 x 10 -14 с

    Как далеко за это время путешествует дейтрон?

    v = L / T

    L = v T = (1,38 x 10 7 м / с) (1,6 x 10 – 14 с)

    L = 2.21 x 10 -7 м

    Это расстояние между дейтронами в пучке.

    (b) Их электростатическое отталкивание является фактором луча? стабильность?

    При расстояниях вроде 10 – 7 м электростатическая сила между двумя дейтронами будет очень большой и, следовательно, обязательно повлияет на стабильность луча F el = k Qq / r 2

    F el = k e 2 / r 2

    F el = (9×10 9 ) (1.6х10 – 19 ) 2 /( 2.21×10 -7 ) 2

    F el = 4,72 x 10 -15 N

    Хотя это кажется небольшим числом, давайте применим Второй ЗАКОН Ньютона (F = ma) и посмотрите, какое ускорение что произвело бы на дейтроне,

    F = m

    a = Ф / м

    а = 4.72 x 10 -15 Н / 3,34 x 10 – 27 кг

    a = 1,41 x 10 12 м / с 2

    27,8 Рассчитать среднюю скорость дрейфа электронов проходящий по медному проводу с площадью поперечного сечения 1,00 мм 2 при токе 1,0 A (значения аналогично этим четырем проводам к настольной лампе). это известно, что около одного электрона на атом меди способствует электрический ток.Атомный вес меди 63,54, а его плотность составляет 8,92 г / см 3 .

    Из уравнения 27.4 имеем v d = I / n q A

    v d = 1,0 A / [n (1,6 x 10 -19 C) (1,0 мм 2 )]

    (как всегда) будьте осторожны с агрегатами! Легче укажите площадь поперечного сечения как A = 1,0 мм 2 , но мы нужно, чтобы в м 2 к моменту проведения расчет.

    A = 1,0 мм 2 [1 м / 1000 мм] 2

    A = 1,0 x 10 – 6 м 2

    Будьте осторожны. Поскольку 1000 мм = 1 м, нам понадобится преобразование что включает миллиметры в квадрате, 10 6 мм 2 = 1 м 2

    v d = 1,0 A / [n (1,6 x 10 – 19 C) (1,0 -6 м 2 ) ]

    А что насчет n, “плотности числа” электронов. в медном проводе?

    n = N A / v моль

    v моль = M моль / плотность

    v моль = 63.54 г / [8,92 г / см 3 ]

    То есть объем одного моля меди равен

    v моль = 7,12 см 3

    Опять же, пока проще 7.12 придумать см 3 , нам нужно преобразовать это в кубические метры перед мы подставляем его в уравнение,

    v моль = 7,12 см 3 [м / 100 см] 3

    v моль = 7.12 х 10 – 6 м 3

    n = N A / v моль

    n = (6,02 x 10 23 ) / (7,12 x 10 – 6 м 3 )

    n = 8,46 x 10 28 (1 / м 3 )

    или

    n = 8,46 x 10 28 электронов / м 3

    v d = 1.0 A / [n (1,6 x 10 – 19 C) (1,0 – 6 м 2 )]

    v d = 1.0 A / [(8,46 x 10 28 (1 / м 3 )) (1,6 x 10 -19 C) (1,0 – 6 м 2 )]

    v d = 7,39 x 10 -5 м / с

    27,15 Рассчитайте сопротивление при 20 o C 40 м, длина серебряной проволоки с площадью поперечного сечения 0.40 мм 2 .

    R = L / A

    A = 0,4 мм 2 [1 м / 1000 мм ] 2 = 4 x 10 – 7 м 2

    R = (1,59 x 10 – 8 -м) (40 м) / (4 x 10 -7 м 2 )

    R = 1,59

    27,16 Проволока восемнадцатого калибра имеет диаметр 1.024 мм. Рассчитайте сопротивление 15,0 м медного провода 18 калибра при 20,0 o С.

    R = L / A

    А = р 2

    r = 1,024 мм / 2 = 0,512 мм = 5,12 x 10 – 4 м

    А = (5,12 x 10 – 4 м) 2 = 8,235 x 10 – 7 м 2

    R = L / A

    R = (1.7 x 10 – 8 -м) (15 м) / (8,235 x 10 -7 м 2 )

    R = 0,31

    27,27 Резистор изготовлен из углеродного стержня, имеющего равномерная площадь поперечного сечения 5,0 мм 2 . Когда разность потенциалов 15 В приложена к концам стержень, в стержне есть ток 4,0 х 10 – 3 А.

    Найдите (а) сопротивление стержня и (б) длину стержня. стержень.

    R = V / I

    R = 15 В / 4,0 x 10 – 3 A

    R = 3,750

    A = 5,0 мм 2 [1 м / 1000 мм] 2 = 5 x 10 – 6 м 2

    R = L / A

    L = R A /

    L = (3750) (5 x 10 – 6 м 2 ) / (3.5 x 10 -5 -м)

    L = 535,7 м

    Это кажется необоснованным!

    27,33 Если медный провод имеет сопротивление 18 Ом на 20 o C, какое сопротивление он будет иметь при 60 o C?

    R (T) = R или [1 + T ] R (60 o C) = (18) [1 + (3,9 x 10 – 3 (1 / C o )) (40 C o )] R (60 o C) = (18) [1 + 0.156] R (60 o C) = (18) [1,156] R (60 o C) = 20,8

    27,36 Сегмент нихромовой проволоки изначально находится на 20 o C. Используя данные из таблицы 27.1, рассчитайте температура, до которой необходимо нагреть проволоку, чтобы удвоить ее сопротивление.

    27,43 Аккумулятор 10 В подключен к 120- резистор. Пренебрегая внутренним сопротивлением батареи, рассчитать мощность, рассеиваемую на резисторе.

    27.45 Предположим, что скачок напряжения дает 140 В для момент. На сколько процентов будет выходная мощность 120-В, 100-Вт лампочка увеличивается, если ее сопротивление не меняется?

    27,46 Особым типом автомобильной аккумуляторной батареи является характеризуется как «360 ампер-часов, 12 В». Какая общая энергия может аккумулятор поставить?

    27,48 В гидроэлектростанции турбина обеспечивает 1500 л.с. на генератор, который, в свою очередь, преобразует 80% механической энергия в электрическую энергию.В этих условиях какой ток будет ли генератор работать при конечной разнице потенциалов 2000 V?

    27,52 Нагревательный элемент кофеварки работает на 120 V и проводит ток 2,0 А. Предполагая, что все тепло генерируется, поглощается водой, сколько времени нужно, чтобы нагреться 0,50 кг воды от комнатной температуры 23 o C до точка кипения.

    CONDUCTORS – прикладное промышленное электричество

    К настоящему времени вы должны быть хорошо осведомлены о взаимосвязи между электропроводностью и некоторыми типами материалов.Эти материалы, обеспечивающие легкий проход свободных электронов, называются проводниками , а материалы, препятствующие прохождению свободных электронов, называются изоляторами .

    К сожалению, научные теории, объясняющие, почему одни материалы ведут себя, а другие нет, довольно сложны и уходят корнями в квантово-механические объяснения того, как электроны располагаются вокруг ядер атомов. В отличие от хорошо известной «планетарной» модели электронов, вращающихся вокруг ядра атома в виде четко определенных кусков материи по круговым или эллиптическим орбитам, электроны на «орбите» на самом деле вообще не действуют как кусочки материи.Скорее, они демонстрируют характеристики как частицы, так и волны, их поведение ограничивается размещением в отдельных зонах вокруг ядра, называемых «оболочками» и «подоболочками». Электроны могут занимать эти зоны только в ограниченном диапазоне энергий в зависимости от конкретной зоны и того, насколько эта зона занята другими электронами. Если бы электроны действительно действовали как крошечные планеты, удерживаемые на орбите вокруг ядра за счет электростатического притяжения, их действия описывались бы теми же законами, что и движения реальных планет, не могло бы быть реального различия между проводниками и изоляторами, и химические связи между атомами не могли бы быть существуют так, как они существуют сейчас.Именно дискретная, «количественная» природа энергии и расположения электронов, описываемая квантовой физикой, придает этим явлениям их регулярность.

    Атом в возбужденном состоянии

    Когда электрон может свободно принимать более высокие энергетические состояния вокруг ядра атома (из-за его размещения в определенной «оболочке»), он может свободно отрываться от атома и составлять часть электрического тока, протекающего через вещество.

    Основной атом

    Однако, если квантовые ограничения, наложенные на электрон, лишают его этой свободы, электрон считается «связанным» и не может оторваться (по крайней мере, нелегко), чтобы образовать ток.Первый сценарий типичен для проводящих материалов, а второй – для изоляционных материалов.

    Некоторые учебники скажут вам, что электропроводность элемента определяется исключительно количеством электронов, находящихся во внешней «оболочке» атомов (называемой валентной оболочкой ), но это чрезмерное упрощение, поскольку любое исследование проводимости по сравнению с валентностью электроны в таблице элементов подтвердят. Истинная сложность ситуации раскрывается далее при рассмотрении проводимости молекул (совокупностей атомов, связанных друг с другом электронной активностью).

    Хорошим примером этого является элемент углерода, который состоит из материалов с сильно различающейся проводимостью: графита и алмаза . Графит – хороший проводник электричества, а алмаз – практически изолятор (что еще более странно, технически он классифицируется как полупроводник , который в чистом виде действует как изолятор, но может проводить при высоких температурах и / или воздействии примеси). И графит, и алмаз состоят из атомов одного и того же типа: углерода с 6 протонами, 6 нейтронами и 6 электронами каждый.Принципиальное различие между графитом и алмазом состоит в том, что молекулы графита представляют собой плоские группы атомов углерода, в то время как молекулы алмаза представляют собой тетраэдрические (пирамидальные) группы атомов углерода.

    Преднамеренное введение примесей в собственный полупроводник с целью изменения его электрических, оптических и структурных свойств называется легированием . Если атомы углерода присоединяются к другим типам атомов с образованием соединений, электрическая проводимость снова изменяется.Карбид кремния, соединение элементов кремния и углерода, демонстрирует нелинейное поведение: его электрическое сопротивление уменьшается с увеличением приложенного напряжения! Углеводородные соединения (например, молекулы масел), как правило, очень хорошие изоляторы. Как видите, простой подсчет валентных электронов в атоме – плохой индикатор электропроводности вещества.

    Все металлические элементы являются хорошими проводниками электричества благодаря способу связи атомов друг с другом.Электроны атомов, составляющих массу металла, настолько раскованы в своих допустимых энергетических состояниях, что свободно перемещаются между различными ядрами в веществе, легко мотивируемые любым электрическим полем. Фактически, электроны настолько подвижны, что иногда ученые описывают их как электронный газ или даже как электронное море , в котором находятся атомные ядра. Эта подвижность электронов объясняет некоторые из других общих свойств металлов: хорошую теплопроводность, пластичность и пластичность (легко формуются в различные формы) и блестящую поверхность в чистом виде.

    К счастью, физика, лежащая в основе всего этого, в основном не имеет отношения к нашим целям. Достаточно сказать, что некоторые материалы являются хорошими проводниками, некоторые – плохими проводниками, а некоторые находятся посередине. На данный момент достаточно просто понять, что эти различия определяются конфигурацией электронов вокруг составляющих атомов материала.

    Важным шагом на пути к тому, чтобы электричество соответствовало нашим требованиям, является возможность прокладывать пути для прохождения тока с контролируемым сопротивлением.Также жизненно важно, чтобы мы могли предотвратить протекание тока там, где мы этого не хотим, с помощью изоляционных материалов. Однако не все проводники и изоляторы одинаковы. Нам необходимо понимать некоторые характеристики обычных проводников и изоляторов и уметь применять эти характеристики в конкретных приложениях.

    Почти все проводники обладают определенным измеримым сопротивлением (особые типы материалов, называемые сверхпроводниками , не обладают абсолютно никаким электрическим сопротивлением, но это не обычные материалы, и они должны храниться в особых условиях, чтобы быть сверхпроводящими).Обычно мы предполагаем, что сопротивление проводников в цепи равно нулю, и ожидаем, что ток проходит через них, не вызывая заметного падения напряжения. В действительности, однако, почти всегда будет падение напряжения вдоль (нормальных) проводящих путей электрической цепи, хотим мы, чтобы там было падение напряжения или нет:

    Рисунок 11.1.

    Чтобы рассчитать, какими будут эти падения напряжения в любой конкретной цепи, мы должны уметь определять сопротивление обычного провода, зная размер и диаметр провода.В некоторых из следующих разделов этой главы будут рассмотрены подробности этого.

    • Электропроводность материала определяется конфигурацией электронов в атомах и молекулах этого материала (группы связанных атомов).
    • Все обычные проводники в той или иной степени обладают сопротивлением.
    • Ток, протекающий по проводнику с (любым) сопротивлением, вызовет некоторое падение напряжения по длине этого проводника.

    Здравый смысл должен знать, что жидкость течет по трубам большого диаметра легче, чем по трубам малого диаметра (если вам нужна практическая иллюстрация, попробуйте пить жидкость через соломинку разного диаметра).Тот же общий принцип действует для потока электронов через проводники: чем шире площадь поперечного сечения (толщина) проводника, тем больше места для протекания электронов и, следовательно, тем легче возникает поток (меньшее сопротивление). .

    Два основных вида электрического провода: одножильный и многожильный

    Электрический провод обычно имеет круглое поперечное сечение (хотя есть некоторые уникальные исключения из этого правила) и бывает двух основных разновидностей: , , одножильный, и многопроволочный, , . Сплошной медный провод – это так, как звучит: одна сплошная медная жила по всей длине провода. Многожильный провод состоит из более мелких жил сплошного медного провода, скрученных вместе в один провод большего размера. Самым большим преимуществом многожильного провода является его механическая гибкость, способность выдерживать повторяющиеся изгибы и скручивания намного лучше, чем сплошная медь (которая со временем склонна к усталости и ломается).

    Размер провода можно измерить несколькими способами.Мы могли бы говорить о диаметре провода, но поскольку на самом деле площадь поперечного сечения имеет наибольшее значение для потока электронов, нам лучше определять размер провода в терминах площади. 2 [/ латекс]

    [латекс] = (3.2 [/ латекс]

    Расчет круглого сечения провода в миле

    Однако электрики и другие лица, часто озабоченные размером провода, используют другую единицу измерения площади, специально разработанную для круглого сечения провода. Этот специальный блок называется круговых мил (иногда сокращенно см ). Единственная цель наличия этой специальной единицы измерения – избавить от необходимости использовать множитель π (3,1415927.2 [/ латекс]

    Поскольку это единица измерения площади , математическая степень 2 все еще действует (удвоение ширины круга всегда увеличивает его площадь в четыре раза, независимо от того, какие единицы используются, или если ширина этого круга выражается в единицах радиуса или диаметра). Чтобы проиллюстрировать разницу между измерениями в квадратных милях и измерениями в круглых милах, я сравню круг с квадратом, показывая площадь каждой формы в обеих единицах измерения:

    Рисунок 11.4

    А для провода другого размера:

    Рис. 11.5

    Очевидно, круг заданного диаметра имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем квадрат ширины и высоты, равный диаметру круга: это отражают обе единицы измерения площади. Однако должно быть ясно, что единица «квадратный мил» действительно предназначена для удобного определения площади квадрата, в то время как «круговой мил» адаптирован для удобного определения площади круга: соответствующую формулу для каждого проще работать с.Следует понимать, что обе единицы действительны для измерения площади формы, независимо от того, какой формы она может быть. Преобразование между круговыми милами и квадратными милами представляет собой простое соотношение: на каждые 4 круговых мила приходится π (3,1415927 …) квадратных милов.

    Измерение площади поперечного сечения провода с помощью калибра

    Еще одним средством измерения площади поперечного сечения провода является калибр . Шкала датчика основана на целых числах, а не на дробных или десятичных дюймах. Чем больше номер калибра, тем тоньше провод; чем меньше номер калибра, тем толще проволока.Для тех, кто знаком с ружьями, эта обратно пропорциональная шкала измерения должна показаться знакомой.

    Таблица в конце этого раздела приравнивает калибр к диаметру в дюймах, круглые милы и квадратные дюймы для сплошной проволоки. Провода большего диаметра достигают конца общей шкалы калибра (которая, естественно, достигает максимума, равного 1), и представлены серией нулей. «3/0» – это еще один способ обозначения «000», который произносится как «тройной дол». Опять же, тем, кто знаком с ружьями, следует признать терминологию, как бы странно это ни звучало.Что еще больше усложняет ситуацию, в мире существует более одного «стандарта» калибра. Для определения размеров электрических проводов предпочтительной системой измерения является калибр American Wire Gauge (AWG), также известный как калибр Brown и Sharpe (B&S). В Канаде и Великобритании британский стандартный калибр (SWG) является официальной системой измерения электрических проводов. В мире существуют и другие системы калибровки проволоки для классификации диаметра проволоки, такие как Stubs калибр для стальной проволоки и Steel Music Wire Gauge (MWG), но эти системы измерения применимы к неэлектрическим проводам.

    Система измерения American Wire Gauge (AWG), несмотря на ее странности, была разработана с одной целью: на каждые три шага на шкале калибра площадь провода (и вес на единицу длины) примерно удваивается. Это удобное правило, которое следует помнить при приблизительной оценке диаметра проволоки!

    Для очень проводов большого диаметра (толще 4/0) от системы калибров обычно отказываются для измерения площади поперечного сечения в тысячах круглых мил (MCM), заимствуя старую римскую цифру «M» для обозначения кратного от «тысячи» перед «CM» для «круговых мил.В следующей таблице сечения проводов не указаны размеры, превышающие калибр 4/0, потому что сплошной медный провод становится непрактичным в обращении с такими размерами. Вместо этого отдается предпочтение многопроволочной конструкции.

    Таблица проводов для твердых, круглых медных проводников

    Размер Диаметр Площадь поперечного сечения Масса
    AWG дюймов cir. мил кв.в дюймах фунтов / 1000 футов
    4/0 0,4600 211 600 0,1662 640,5
    3/0 0,4096 167,800 0,1318 507,9
    2/0 0,3648 133,100 0,1045 402,8
    1/0 0,3249 105 500 0,08289 319,5
    1 0.2893 83 690 0,06573 253,5
    2 0,2576 66,370 0,05213 200,9
    3 0,2294 52 630 0,04134 159,3
    4 0,2043 41740 0,03278 126,4
    5 0,1819 33,100 0,02600 100.2
    6 0,1620 26 250 0,02062 79,46
    7 0,1443 20 820 0,01635 63,02
    8 0,1285 16 510 90 152 0,01297 49,97
    9 0,1144 13 090 0,01028 39,63
    10 0.1019 10,380 0,008155 31,43
    11 0,09074 8,234 0,006467 24,92
    12 0,08081 6 530 0,005129 19,77
    13 0,07196 5 178 0,004067 15,68
    14 0,06408 4,107 0.003225 12,43
    15 0,05707 3 257 0,002558 9,858
    16 0,05082 2,583 0,002028 7,818
    17 0,04526 2,048 0,001609 6.200
    18 0,04030 1,624 0,001276 4,917
    19 0.03589 1,288 0,001012 3,899
    20 0,03196 1,022 0,0008023 3,092
    21 0,02846 810,1 0,0006363 2.452
    22 0,02535 642,5 0,0005046 1,945
    23 0,02257 509,5 0.0004001 1,542
    24 0,02010 404,0 0,0003173 1,233
    25 0,01790 320,4 0,0002517 0,9699
    26 0,01594 254,1 0,0001996 0,7692
    27 0,01420 201,5 0,0001583 0,6100
    28 0.01264 159,8 0,0001255 0,4837
    29 0,01126 126,7 0,00009954 0,3836
    30 0,01003 100,5 0,00007894 0,3042
    31 0,008928 79,70 0,00006260 0,2413
    32 0,007950 63,21 0.00004964 0,1913
    33 0,007080 50,13 0,00003937 0,1517
    34 0,006305 39,75 0,00003122 0,1203
    35 0,005615 31,52 0,00002476 0,09542
    36 0,005000 25,00 0,00001963 0.07567
    37 0,004453 19,83 0,00001557 0,06001
    38 0,003965 15,72 0,00001235 0,04759
    39 0,003531 12,47 0,000009793 0,03774
    40 0,003145 9,888 0,000007766 0,02993
    41 0.002800 7,842 0,000006159 0,02374
    42 0,002494 6,219 0,000004884 0,01882
    43 0,002221 4,932 0,000003873 0,01493

    Для некоторых приложений с высоким током требуются провода сечением, превышающим практический предел размера круглого провода. В этих случаях в качестве проводников используются толстые шины из цельного металла, называемые сборными шинами .Шины обычно изготавливаются из меди или алюминия и чаще всего неизолированы. Они физически поддерживаются вдали от каркаса или конструкции, удерживающей их, с помощью опорных изоляторов. Хотя квадратное или прямоугольное поперечное сечение очень распространено для формы шин, используются также и другие формы. Площадь поперечного сечения сборных шин обычно измеряется в круглых милах (даже для квадратных и прямоугольных шин!), Скорее всего, для удобства возможности напрямую приравнять размер шины к круглому проводу.

    • Ток протекает по проводам большого диаметра легче, чем по проводам малого диаметра, из-за большей площади поперечного сечения, по которой они могут двигаться.
    • Вместо того, чтобы измерять небольшие размеры проволоки в дюймах, часто используется единица измерения «мил» (1/1000 дюйма).
    • Площадь поперечного сечения провода может быть выражена в квадратных единицах (квадратные дюймы или квадратные милы), круговые милы или «калибровочная» шкала.
    • При вычислении площади квадратной единицы для круглого провода используется формула площади круга:
    • A = πr 2 (квадратные единицы)
    • Расчет сечения проволоки в круглых милах для круглой проволоки намного проще из-за того, что единицы измерения «круглые милы» были выбраны именно для этой цели: чтобы исключить «пи» и коэффициенты d / 2 (радиус) в формула.
    • A = d 2 (круглые)
    • На каждые 4 круговых мил приходится π (3,1416) квадратных милов.
    • Система калибровки проводов калибра основана на целых числах, большие числа представляют провода меньшего сечения и наоборот. Провода толще 1 калибра обозначаются нулями: 0, 00, 000 и 0000 (произносятся «одинарное», «двойное», «тройное» и «четверное».
    • Провода очень большого сечения измеряются в тысячах круглых милов (MCM), что типично для шин и проводов сечением выше 4/0.
    • Шины – это сплошные шины из меди или алюминия, используемые в конструкции сильноточных цепей. Соединения, выполняемые с шинами, обычно являются сварными или болтовыми, а шины часто голые (неизолированные) и поддерживаются вдали от металлических каркасов за счет использования изолирующих стоек.

    Чем меньше площадь поперечного сечения любого данного провода, тем больше сопротивление для любой данной длины, при прочих равных условиях. Провод с большим сопротивлением будет рассеивать большее количество тепловой энергии для любого заданного количества тока, мощность равна P = I 2 R.

    Рассеиваемая мощность из-за сопротивления проводника проявляется в виде тепла, и чрезмерное тепло может повредить провод (не говоря уже об объектах рядом с проводом), особенно с учетом того факта, что большинство проводов изолированы с помощью пластиковое или резиновое покрытие, которое может плавиться и гореть. Таким образом, тонкие провода выдерживают меньший ток, чем толстые, при прочих равных условиях. Предел пропускной способности проводника известен как его допустимая сила тока .

    В первую очередь из соображений безопасности определенные стандарты для электропроводки были установлены в США и указаны в Национальном электротехническом кодексе (NEC) . В типичных таблицах допустимой токовой нагрузки проводов NEC указаны допустимые максимальные токи для различных размеров и применений проводов. Хотя точка плавления меди теоретически накладывает ограничение на допустимую нагрузку на провод, материалы, обычно используемые для изоляции проводов, плавятся при температурах намного ниже точки плавления меди, и поэтому практические значения допустимой нагрузки основаны на тепловых пределах изоляции . .Падение напряжения в результате чрезмерного сопротивления проводов также является фактором при выборе размеров проводников для их использования в цепях, но это соображение лучше оценивать с помощью более сложных средств (которые мы рассмотрим в этой главе). Таблица, полученная из списка NEC, показана, например:

    Таблица 11.2 Сечение медных проводников на открытом воздухе при 30 градусах Цельсия

    Изоляция: RUW, Т THW, THWN ФЭП, ФЭПБ
    Тип: TW RUH THHN, XHHW
    Размер Текущий рейтинг Текущий рейтинг Текущий рейтинг
    AWG при 60 градусах Цельсия при 75 градусах Цельсия при 90 градусах Цельсия
    20 * 9 * 12.5
    19 * 13 18
    16 * 18 24
    14 25 30 35
    12 30 35 40
    10 40 50 55
    8 60 70 80
    6 80 95 105
    4 105 125 140
    2 140 170 190
    1 165 195 220
    1/0 195 230 260
    2/0 225 265 300
    3/0 260 310 350
    4/0 300 360 405

    * = оценочные значения; как правило, провода малого диаметра не производятся с изоляцией такого типа.

    Обратите внимание на существенные различия в допустимой нагрузке между проводами одинакового сечения с разными типами изоляции.Это связано, опять же, с тепловыми пределами (60 °, 75 °, 90 °) каждого типа изоляционного материала.

    Эти значения допустимой нагрузки даны для медных проводов в «свободном воздухе» (максимальная типичная циркуляция воздуха), в отличие от проводов, помещенных в кабелепровод или лотки для проводов. Как вы заметите, в таблице не указаны значения силы тока для проводов малого диаметра. Это связано с тем, что NEC занимается в первую очередь силовой проводкой (большие токи, большие провода), а не проводами, обычными для слаботочных электронных устройств.

    Последовательности букв, используемые для обозначения типов проводников, имеют значение, и эти буквы обычно относятся к свойствам изолирующего слоя (слоев) проводника. Некоторые из этих букв символизируют индивидуальные свойства провода, а другие – просто аббревиатуры. Например, буква «Т» сама по себе означает «термопластик» в качестве изоляционного материала, как в «TW» или «THHN». Однако трехбуквенная комбинация «MTW» является аббревиатурой для Machine Tool Wire , типа провода, изоляция которого сделана так, чтобы быть гибкой для использования в машинах, испытывающих значительное движение или вибрацию.

    Изоляционный материал

    • C = Хлопок
    • FEP = фторированный этиленпропилен
    • MI = Минерал (оксид магния)
    • PFA = перфторалкокси
    • R = резина (иногда неопрен)
    • S = Силиконовая «резина»
    • SA = силикон-асбест
    • T = термопласт
    • TA = Термопласт-асбест
    • TFE = политетрафторэтилен («тефлон»)
    • X = сшитый синтетический полимер
    • Z = модифицированный этилентетрафторэтилен

    Тепловая нагрузка

    • H = 75 градусов Цельсия
    • HH = 90 градусов Цельсия

    Наружное покрытие («Оболочка»)

    Особые условия обслуживания

    • U = Подземный
    • Вт = мокрый
    • -2 = 90 градусов Цельсия и влажная

    Таким образом, проводник «THWN» имеет изоляцию из термопласта T , устойчив к потреблению тепла H при температуре 75 ° C, рассчитан на Вт, и другие условия и поставляется с внешней оболочкой из илона N .

    Подобные буквенные коды

    используются только для проводов общего назначения, например, используемых в домашних условиях и на предприятиях. Для приложений с высокой мощностью и / или тяжелых условий эксплуатации сложность технологии проводов не поддается классификации по нескольким буквенным кодам. Проводники воздушных линий электропередачи обычно изготавливаются из чистого металла и подвешиваются к опорам с помощью стеклянных, фарфоровых или керамических опор, известных как изоляторы. Даже в этом случае фактическая конструкция провода, способного выдерживать физические нагрузки, как статические (собственный вес), так и динамические (ветер) нагрузки, может быть сложной, с несколькими слоями и разными типами металлов, намотанными вместе, чтобы сформировать единый проводник.Большие подземные силовые провода иногда изолируются бумагой, а затем заключаются в стальную трубу, заполненную сжатым азотом или маслом, чтобы предотвратить проникновение воды. Такие проводники требуют вспомогательного оборудования для поддержания давления жидкости по всей трубе.

    Другие изоляционные материалы находят применение в малых масштабах. Например, провод небольшого диаметра, используемый для изготовления электромагнитов (катушек, создающих магнитное поле из потока электронов), часто изолируют тонким слоем эмали.Эмаль является прекрасным изоляционным материалом и очень тонкая, что позволяет наматывать множество «витков» проволоки на небольшом пространстве.

    • Сопротивление провода создает тепло в рабочих цепях. Это тепло представляет собой потенциальную опасность возгорания.
    • Тонкие провода имеют более низкий допустимый ток («допустимую нагрузку»), чем толстые провода, из-за их большего сопротивления на единицу длины и, следовательно, большего тепловыделения на единицу тока.
    • Национальный электротехнический кодекс (NEC) определяет допустимую силу тока для силовой проводки в зависимости от допустимой температуры изоляции и области применения провода.

    Расчет сопротивления проводов

    Номинальная допустимая токовая нагрузка проводника – это грубая оценка сопротивления, основанная на потенциальной опасности возникновения пожара по току. Однако мы можем столкнуться с ситуациями, когда падение напряжения, вызванное сопротивлением проводов в цепи, вызывает другие проблемы, кроме предотвращения возгорания. Например, мы можем проектировать схему, в которой напряжение на компоненте является критическим и не должно опускаться ниже определенного предела. В этом случае падение напряжения из-за сопротивления провода может вызвать техническую проблему, будучи в пределах безопасных (пожарных) пределов допустимой нагрузки:

    Если нагрузка в приведенной выше схеме не выдерживает напряжения ниже 220 В при напряжении источника 230 В, то лучше убедиться, что проводка не упадет более чем на 10 вольт по пути.Если подсчитать как питающие, так и обратные проводники этой цепи, это оставляет максимально допустимое падение в 5 вольт по длине каждого провода. Используя закон Ома (R = E / I), мы можем определить максимально допустимое сопротивление для каждого отрезка провода:

    [латекс] R = \ frac {E} {I} [/ латекс]

    [латекс] = \ frac {5V} {25A} [/ латекс]

    [латекс] R = 0,2 Ом [/ латекс]

    Мы знаем, что длина каждого куска провода составляет 2300 футов, но как определить величину сопротивления для определенного размера и длины провода? Для этого нам понадобится другая формула:

    [латекс] \ tag {11.2} \ text {R} = \ rho \ ell / \ text {A} [/ latex]

    Эта формула связывает сопротивление проводника с его удельным сопротивлением (греческая буква «ро» (ρ), которая похожа на строчную букву «p»), его длиной («l») и поперечным сечением. площадь сечения («А»). Обратите внимание, что с переменной длины в верхней части дроби значение сопротивления увеличивается по мере увеличения длины (аналогия: труднее протолкнуть жидкость через длинную трубу, чем через короткую) и уменьшается по мере увеличения площади поперечного сечения ( аналогия: жидкость легче течет по толстой трубе, чем по тонкой).Удельное сопротивление является константой для типа рассчитываемого материала проводника.

    Удельное сопротивление нескольких проводящих материалов можно найти в следующей таблице. Внизу таблицы мы находим медь, уступающую только серебру по низкому удельному сопротивлению (хорошей проводимости):

    Таблица 11.3 Удельное сопротивление при 20 градусах Цельсия

    Материал Элемент / Сплав (Ом-смил / фут) (мкОм-см)
    Нихром Сплав 675 112.2
    Нихром В Сплав 650 108,1
    Манганин Сплав 290 48,21
    Константан Сплав 272,97 45,38
    Сталь * Сплав 100 16,62
    Платина Элемент 63,16 10,5
    Утюг Элемент 57.81 9,61
    Никель Элемент 41,69 6,93
    цинк Элемент 35,49 5,90
    Молибден Элемент 32,12 5,34
    Вольфрам Элемент 31,76 5,28
    Алюминий Элемент 15,94 2.650
    Золото Элемент 13,32 2,214
    Медь Элемент 10,09 1.678
    Серебро Элемент 9,546 1,587

    * = Стальной сплав с содержанием железа 99,5%, углерода 0,5%

    Обратите внимание, что значения удельного сопротивления в приведенной выше таблице даны в очень странной единице «Ом-см-мил / фут» (Ом-см-мил / фут). Эта единица указывает, какие единицы мы должны использовать в формуле сопротивления ( [латекс] \ text {R} = \ rho \ ell / \ text {A} [/ latex]).В этом случае эти значения удельного сопротивления предназначены для использования, когда длина измеряется в футах, а площадь поперечного сечения измеряется в круглых милах.

    Метрической единицей измерения удельного сопротивления является ом-метр (Ом-м) или ом-сантиметр (Ом-см), при этом 1,66243 x 10 -9 Ом-метр на Ом-смил / фут (1,66243 x 10 -7 Ом-см на Ом-см-дюйм). В столбце таблицы Ом-см цифры фактически масштабированы как мкОм-см из-за их очень малых величин. Например, железо указано как 9.61 мкОм-см, что можно представить как 9,61 x 10 -6 Ом-см.

    При использовании единицы измерения удельного сопротивления в Ом-метре в формуле [latex] \ text {R} = \ rho \ ell / \ text {A} [/ latex] длина должна быть в метрах, а площадь – в квадратные метры. При использовании единицы Ω-сантиметр (Ω-см) в той же формуле длина должна быть в сантиметрах, а площадь – в квадратных сантиметрах.

    Все эти единицы измерения удельного сопротивления действительны для любого материала (Ом-см / фут, Ом-м или Ом-см).Однако можно предпочесть использовать Ом-см-мил / фут при работе с круглым проводом, площадь поперечного сечения которого уже известна в круглых милах. И наоборот, при работе с шиной нестандартной формы или изготовленной по индивидуальному заказу шиной, вырезанной из металлической заготовки, где известны только линейные размеры длины, ширины и высоты, более подходящими могут быть единицы измерения удельного сопротивления Ом-метр или Ом-см.

    Возвращаясь к нашей примерной схеме, мы искали провод с сопротивлением 0,2 Ом или меньше на длине 2300 футов.Предполагая, что мы собираемся использовать медный провод (самый распространенный тип производимого электрического провода), мы можем настроить нашу формулу следующим образом:

    [латекс] R = ρ \ frac {e} {A} [/ латекс]

    Решение для области (A):

    [латекс] A = ρ \ frac {e} {R} [/ латекс]

    [латекс] = (10,09 Ом-см / фут) (\ frac {2300feet} {0,2 Ом}) [/ латекс]

    [латекс] = 116 035 см [/ латекс]

    Алгебраически решая относительно A, мы получаем значение 116035 круговых милов.Ссылаясь на нашу таблицу размеров сплошных проводов, мы обнаруживаем, что проволока «двойной длины» (2/0) с длиной 133 100 см является достаточной, в то время как следующий меньший размер, «одинарная проводка» (1/0) с длиной 105 500 см слишком мала. . Имейте в виду, что ток в нашей цепи составляет скромные 25 ампер. Согласно нашей таблице допустимой токовой нагрузки для медного провода на открытом воздухе, достаточно было бы провода калибра 14 (если речь идет о , а не о , вызывающем возгорание). Однако с точки зрения падения напряжения провод 14-го калибра был бы совершенно неприемлемым.

    Ради интереса, давайте посмотрим, как провод 14 калибра повлияет на характеристики нашей силовой цепи. Глядя на нашу таблицу размеров проводов, мы обнаруживаем, что проволока калибра 14 имеет площадь поперечного сечения 4 107 круглых милов. Если мы по-прежнему используем медь в качестве материала для проволоки (хороший выбор, если только мы не на действительно богаты на и не можем позволить себе 4600 футов серебряной проволоки 14-го калибра!), То наше удельное сопротивление все равно будет 10,09 Ом-см · дюйм / фут. :

    [латекс] R = ρ \ frac {e} {A} [/ латекс]

    [латекс] = (10.09 Ом-см / фут) (\ frac {2300feet} {4107}) [/ латекс]

    [латекс] = 5,651 Ом [/ латекс]

    Помните, что это 5,651 Ом на 2300 футов медного провода калибра 14, и что у нас есть два участка по 2300 футов во всей цепи, так что каждый кусок провода в цепи имеет сопротивление 5,651 Ом:

    Общее сопротивление проводов нашей схемы составляет 2 раза 5,651 или 11,301 Ом. К сожалению, это слишком большое сопротивление, чтобы обеспечить ток 25 ампер при напряжении источника 230 вольт.Даже если бы сопротивление нагрузки было 0 Ом, сопротивление нашей проводки 11,301 Ом ограничило бы ток цепи до 20,352 ампер! Как видите, «небольшое» сопротивление провода может иметь большое значение в характеристиках схемы, особенно в силовых цепях, где токи намного выше, чем обычно встречаются в электронных схемах.

    Давайте рассмотрим пример проблемы сопротивления для отрезка сборной шины, изготовленной по индивидуальному заказу. Предположим, у нас есть кусок сплошного алюминиевого стержня шириной 4 см, высотой 3 см и длиной 125 см, и мы хотим рассчитать сквозное сопротивление по длине (125 см).2}) [/ латекс]

    [латекс] = 27,604 мкОм [/ латекс]

    Как видите, из-за большой толщины шины имеет очень низкое сопротивление по сравнению со стандартными размерами проводов, даже при использовании материала с большим удельным сопротивлением.

    Процедура определения сопротивления шины принципиально не отличается от процедуры определения сопротивления круглого провода. Нам просто нужно убедиться, что площадь поперечного сечения рассчитана правильно и что все единицы соответствуют друг другу, как должны.

    • Сопротивление проводника увеличивается с увеличением длины и уменьшается с увеличением площади поперечного сечения, при прочих равных условиях.
    • Удельное сопротивление («ρ») – это свойство любого проводящего материала, показатель, используемый для определения сквозного сопротивления проводника данной длины и площади в этой формуле: R = ρl / A
    • Удельное сопротивление материалов указывается в единицах Ом-см / фут или Ом-метр (метрическая система). Коэффициент преобразования между этими двумя единицами равен 1.66243 x 10 -9 Ом-метр на Ом-см-дюйм / фут или 1,66243 x 10 -7 Ом-см на Ом-см-дюйм / фут.
    • Если падение напряжения в цепи критично, перед выбором сечения проводов необходимо произвести точный расчет сопротивления проводов.

    Вы могли заметить в таблице удельных сопротивлений, что все значения указаны для температуры 20 ° C. Если вы подозревали, что это означает, что удельное сопротивление материала может изменяться с температурой, вы были правы!

    Значения сопротивления проводов при любой температуре, отличной от стандартной (обычно указываемой на уровне 20 Цельсия) в таблице удельного сопротивления, должны определяться по еще одной формуле:

    [латекс] R = R_ {ref} [1 + α (T-T_ {ref})] \ tag {11.3} [/ латекс]

    Где,

    [латекс] R = \ text {Сопротивление проводимости при температуре “T”} [/ латекс]

    [латекс] R_ {ref} = \ text {Сопротивление проводимости при эталонной температуре} [/ латекс]

    [латекс] T_ {ref} = \ text {обычно} 20 ° C \ text {, но иногда} 0 ° C [/ латекс]

    [латекс] α = \ text {Температурный коэффициент сопротивления материала проводника} [/ латекс]

    [латекс] \ text {T = Температура проводника в градусах Цельсия} [/ латекс]

    [латекс] T_ {ref} = \ text {Эталонная температура, при которой указана α для проводника} [/ латекс]

    Константа «альфа» (α) известна как температурный коэффициент сопротивления и символизирует коэффициент изменения сопротивления на градус изменения температуры.Так же, как все материалы имеют определенное удельное сопротивление (при 20 ° C), они также изменяют сопротивление в зависимости от температуры на определенную величину. Для чистых металлов этот коэффициент является положительным числом, что означает, что сопротивление увеличивается на с повышением температуры. Для элементов углерода, кремния и германия этот коэффициент является отрицательным числом, что означает, что сопротивление уменьшается с повышением температуры. Для некоторых металлических сплавов температурный коэффициент сопротивления очень близок к нулю, а это означает, что сопротивление практически не изменяется при изменении температуры (хорошее свойство, если вы хотите построить прецизионный резистор из металлической проволоки!).В следующей таблице приведены температурные коэффициенты сопротивления для нескольких распространенных металлов, как чистых, так и легированных:

    Таблица 11.4 Температурные коэффициенты сопротивления при 20 градусах Цельсия

    Материал Элемент / Сплав «альфа» на градус Цельсия
    Никель Элемент 0,005866
    Утюг Элемент 0,005671
    Молибден Элемент 0.004579
    Вольфрам Элемент 0,004403
    Алюминий Элемент 0,004308
    Медь Элемент 0,004041
    Серебро Элемент 0,003819
    Платина Элемент 0,003729
    Золото Элемент 0,003715
    цинк Элемент 0.003847
    Сталь * Сплав 0,003
    Нихром Сплав 0,00017
    Нихром В Сплав 0,00013
    Манганин Сплав +/- 0,000015
    Константан Сплав -0,000074

    * = Стальной сплав с содержанием железа 99,5%, углерода 0,5% тыс.

    Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как температура может повлиять на сопротивление провода и, следовательно, на характеристики схемы:

    Эта цепь имеет полное сопротивление проводов (провод 1 + провод 2) 30 Ом при стандартной температуре.Составив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления получаем:

    При 20 ° C мы получаем 12,5 В на нагрузке и всего 1,5 В (0,75 + 0,75) падаем на сопротивление провода. Если бы температура поднялась до 35 ° по Цельсию, мы могли бы легко определить изменение сопротивления для каждого отрезка провода. Предполагая использование медной проволоки (α = 0,004041), получаем:

    [латекс] R = R_ {ref} [1 + α (T-T_ {ref})] [/ латекс]

    [латекс] = (15 Ом) [1 + 0.004041 (35 ° -20 °)] [/ латекс]

    [латекс] = 15,909 Ом [/ латекс]

    Пересчитав значения нашей схемы, мы увидим, какие изменения принесет это повышение температуры:

    Как видите, в результате повышения температуры напряжение на нагрузке упало (с 12,5 до 12,42 В), а на проводах увеличилось (с 0,75 до 0,79 В). Хотя изменения могут показаться незначительными, они могут быть значительными для линий электропередач, протянувшихся на несколько километров между электростанциями и подстанциями, подстанциями и нагрузками.Фактически, электроэнергетические компании часто должны учитывать изменения сопротивления линии в результате сезонных колебаний температуры при расчете допустимой нагрузки системы.

    • Большинство проводящих материалов изменяют удельное сопротивление при изменении температуры. Вот почему значения удельного сопротивления всегда указываются для стандартной температуры (обычно 20 ° или 25 ° C).
    • Коэффициент изменения сопротивления на градус Цельсия при изменении температуры называется температурным коэффициентом сопротивления .Этот коэффициент представлен греческой строчной буквой «альфа» (α).
    • Положительный коэффициент для материала означает, что его сопротивление увеличивается с повышением температуры. Чистые металлы обычно имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Коэффициенты, приближающиеся к нулю, могут быть получены путем легирования некоторых металлов.
    • Отрицательный коэффициент для материала означает, что его сопротивление уменьшается с повышением температуры. Полупроводниковые материалы (углерод, кремний, германий) обычно имеют отрицательные температурные коэффициенты сопротивления.

    Атомы в изоляционных материалах имеют очень плотно связанные электроны, очень хорошо сопротивляющиеся свободному потоку электронов. Однако изоляторы не могут выдерживать неопределенное количество напряжения. При достаточном напряжении любой изолирующий материал в конечном итоге поддастся электрическому «давлению», и тогда возникнет ток. Однако, в отличие от ситуации с проводниками, где ток линейно пропорционален приложенному напряжению (при фиксированном сопротивлении), ток через изолятор весьма нелинейен: при напряжениях ниже определенного порога ток практически не протекает, но если приложенное напряжение превышает это пороговое напряжение (известное как напряжение пробоя или диэлектрическая прочность ), будет прилив тока.

    Диэлектрическая прочность – это напряжение, необходимое для того, чтобы вызвать пробой диэлектрика , то есть протолкнуть ток через изолирующий материал. После диэлектрического пробоя материал может больше не вести себя как изолятор, поскольку молекулярная структура изменилась в результате нарушения. Обычно происходит локальный «прокол» изолирующей среды, по которому при пробое протекал ток.

    Толщина изоляционного материала играет роль в определении его напряжения пробоя.Удельная диэлектрическая прочность иногда указывается в вольтах на мил (1/1000 дюйма) или киловольтах на дюйм (эти две единицы эквивалентны), но на практике было обнаружено, что связь между напряжением пробоя и толщиной не является точно линейный. Изолятор в три раза толще имеет электрическую прочность чуть менее чем в три раза. Однако для приблизительной оценки допустимы значения вольт на толщину.

    Материал * Диэлектрическая прочность (кВ / дюйм)
    Вакуум 20
    Воздух 20 до 75
    Фарфор от 40 до 200
    Парафиновый воск от 200 до 300
    Трансформаторное масло 400
    Бакелит 300 до 550
    Резина 450 до 700
    Шеллак 900
    Бумага 1250
    Тефлон 1500
    Стекло 2000 до 3000
    Слюда 5000

    * = Перечисленные материалы специально подготовлены для электрического использования.

    • При достаточно высоком приложенном напряжении электроны могут быть освобождены от атомов изоляционных материалов, в результате чего через этот материал будет протекать ток.
    • Минимальное напряжение, необходимое для «разрушения» изолятора путем пропускания через него тока, называется напряжением пробоя или диэлектрической прочностью .
    • Чем толще кусок изоляционного материала, тем выше напряжение пробоя при прочих равных условиях.
    • Удельная диэлектрическая прочность обычно измеряется в одной из двух эквивалентных единиц: вольт на мил или киловольт на дюйм.

    3.3 Сопротивление и удельное сопротивление | Texas Gateway

    Температурное изменение сопротивления

    Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рис. 3.14.) И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление.При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ºC100 ºC размер 12 {“100” ° C} {} или меньше) удельное сопротивление ρρ размером 12 {ρ} {} изменяется с изменением температуры ΔTΔT размером 12 {DT} {}, как выражено в следующее уравнение

    3.23 ρ = ρ0 (1 + αΔT), ρ = ρ0 (1 + αΔT), размер 12 {ρ = ρ rSub {size 8 {0}} \ (“1” + αΔT \) “,”} { }

    где ρ0ρ0 размер 12 {ρ rSub {размер 8 {0}}} {} – это исходное удельное сопротивление, а αα размер 12 {α} {} – температурный коэффициент удельного сопротивления. (См. Значения αα размера 12 {α} {} в таблице 3.2 ниже.) Для более значительных изменений температуры αα размер 12 {α} {} может изменяться, или может потребоваться нелинейное уравнение для нахождения ρ.ρ. размер 12 {ρ} {} Обратите внимание, что αα размер 12 {α} {} положителен для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Например, манганин (который состоит из меди, марганца и никеля) имеет размер αα 12 {α} {} , близкий к нулю (до трех цифр на шкале в Таблице 3.2), и поэтому его удельное сопротивление незначительно изменяется в зависимости от температуры. .Это может быть полезно для создания эталона сопротивления, не зависящего от температуры.

    Рис. 3.14. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах – это сверхпроводник примерно до 4,2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление совершает внезапный скачок, а затем увеличивается почти линейно с температурой.

    Материал Коэффициент αα (1 / ° C)
    Проводники
    Серебро 3.8 × 10–33,8 × 10–3 размер 12 {3 “.” 8 раз по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Медь 3,9 × 10–33,9 × 10–3 размер 12 {3 “.” 9 раз по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Золото 3,4 × 10–33,4 × 10–3 размер 12 {3 “.” 4 раза по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Алюминий 3,9 × 10–33,9 × 10–3 размер 12 {3 “.”9 раз” 10 “rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Вольфрам 4,5 × 10–34,5 × 10–3 размер 12 {4 “.” 5 раз по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Утюг 5,0 × 10–35,0 × 10–3 размер 12 {5 “.” 0 умножить на “10” rSup {size 8 {- 3}}} {}
    Платина 3,93 × 10–33,93 × 10–3 размер 12 {3 “.” “93” умножить на “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Свинец 4.3 × 10−34,3 × 10−3 размер 12 {3 “.” 9 раз по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Сплав Cu, Mn, Ni 0,000 × 10−30,000 × 10−3 размер 12 {0 “.” “000” умножить на “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Медь, никелевый сплав 0,002 × 10−30,002 × 10−3 размер 12 {0 “.” “002” умножить на “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Меркурий 0.89 × 10−30,89 × 10−3 размер 12 {0 “.” “89” умножить на “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,4 × 10–30,4 × 10–3 размер 12 {0 “.” 4 раза по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Полупроводники
    Углерод (чистый) −0,5 × 10−3−0,5 × 10−3 размер 12 {- 0 “.” 5 раз по “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Германий (чистый) −50 × 10−3−50 × 10−3 размер 12 {- “50” умножить на “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Кремний (чистый) −70 × 10−3−70 × 10−3 размер 12 {- “70” умножить на “10” rSup {размер 8 {- 3}}} {}
    Таблица 3.2 Температурные коэффициенты удельного сопротивления αα размер 12 {α} {}

    Обратите внимание, что αα размер 12 {α} {} отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице 3.2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения размера ρρ 12 {ρ} {} с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

    Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку размер R0R0 12 {R rSub {размер 8 {0}}} {} прямо пропорционален ρ.ρ. размер 12 {ρ} {} Мы знаем, что цилиндр R = ρL / A, R = ρL / A, размер 12 {R = ρL / A} {} и поэтому, если размер LL 12 {L} {} и размер AA 12 {A} {} не сильно изменяются с температурой, размер RR 12 {R} {} будет иметь такую ​​же температурную зависимость, как и размер ρρ 12 {ρ} {}. Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, и поэтому влияние температуры на размер LL 12 {L} {} и размер AA 12 {A} {} составляет примерно на два порядка меньше, чем на ρ.р. размер 12 {ρ} {} Таким образом,

    3.24 R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) размер 12 {R = R rSub {size 8 {0}} \ (“1” + αΔT \)} {}

    – температурная зависимость сопротивление объекта, где размер R0R0 12 {R rSub {размер 8 {0}}} {} – исходное сопротивление, а размер RR 12 {R} {} – сопротивление после изменения температуры ΔT.ΔT. размер 12 {DT} {} Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.15.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

    Рис. 3.15 Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры. (Biol, Wikimedia Commons)

    Пример 3.6 Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити

    Следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ0 (1 + αΔT) ρ = ρ0 (1 + αΔT) размера 12 {ρ = ρ rSub { размер 8 {0}} \ (“1” + αΔT \)} {} и R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) размер 12 {R = R rSub {размер 8 {0}} \ (“1” + αΔT \)} {} для изменений температуры более 100 ºC 100 ºC размер 12 {“100” ° “C”} {}.Однако для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры. Каково же тогда сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной (20 ºC20 ºC) до типичной рабочей температуры 2850 ºC 2850 ºC размер 12 {“2850” ° “C”} {}?

    Стратегия

    Это прямое применение R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) размер 12 {R = R rSub {size 8 {0}} \ (“1” + αΔT \)} {}, поскольку исходное сопротивление нити было задано равным R0 = 0.350 ОмR0 = 0,350 Ом размер 12 {R rSub {размер 8 {0}} = 0 “.” “350” `% OMEGA} {}, а изменение температуры ΔT = 2 830 ºC. ΔT = 2 830 ºC. размер 12 {ΔT = “2830” ° “C”} {}

    Решение

    Горячее сопротивление RR размера 12 {R} {} получается путем ввода известных значений в приведенное выше уравнение:

    3,25 R = R0 (1 + αΔT) = (0,350 Ом) [1 + (4,5 × 10–3 / ºC) (2,830 ºC)] = 4,8 Ом. R = R0 (1 + αΔT) = (0,350 Ом) [1 + (4,5 × 10–3 / ºC) (2,830 ºC)] = 4,8 Ом.

    Обсуждение

    Это значение согласуется с примером сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.

    Исследования PhET: сопротивление в проводе

    Узнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.

    Что такое сопротивление? | Хиоки

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

    Обзор

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

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

    Что такое сопротивление?

    Сопротивление электричеству, то есть электрическое сопротивление, – это сила, противодействующая протеканию тока. Таким образом, он служит индикатором того, насколько трудно течь току.Значения сопротивления выражены в омах (Ом).

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

    Расчет сопротивления

    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, 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, 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.

    Зависимость 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

    К основным типам постоянных резисторов относятся 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 на основе 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.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *