Содержание

Зависимость сопротивления проводника от материала и геометрических размеров проводника


Одесская специализированная общеобразовательная школа І-ІІІ ступеней № 40, Одесского городского совета, Одесской области

Тема урока:

Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление вещества

Учитель физики высшей категории

Яковлев Юрий Яковлевич


Мы знаем, что:

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая свойство проводника противодействовать прохождению электрического тока.

От чего зависит сопротивление проводника?


Сопротивление проводника зависит от

Площади поперечного сечения проводника

Длинны проводника

Рода материала


Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине

 


Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения

 


Сопротивление проводника зависит от вещества, из которого этот проводник изготовлен.


 

R — сопротивление

l — длина

S — площадь поперечного сечения

ρ — удельное сопротивление вещества


Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, характеризующая электрические свойства данного вещества и численно равная сопротивлению изготовленного из него проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 .

 

 

 


Единица удельного сопротивления в СИ– Ом∙метр

 

 


Реостат — это устройство с переменным сопротивлением, предназначенное для регулирования силы тока в электрической цепи.


Двухконтактный ползунковый реостат

2 – керамический цилиндр

1, 6 – клемы

3 –проводник

5 – металлический стержень

4 – ползунок




Рычажный (секционный) реостат


1. Вычислить сопротивление алюминиевой проволоки длиной 80 см и площадью поперечного сечения 0,4 мм2 .


2. В осветительной сети здания использовали 100 м медного провода, сопротивление которого 850 мОм . Какая площадь поперечного сечения этой проволоки?


3. Нихромовая спираль для электроплитки должна иметь электрическое сопротивление 48 Ом . Какой длины должна быть нихромовая проволока, площадью сечения

0,2 мм2 , чтобы изготовить такую спираль?


4. В лабораторных работах используются медные соединительные провода, площадь сечения которых равна 2 мм2 . Сила тока в них достигает 2 А . Какое напряжение на таком проводе, если его длина равна 10 см


1. Как доказать, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине?

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

3. По какой формуле

вычисляют сопротивление проводника?


4. Что такое удельное сопротивление вещества?

5. Что такое реостат?

6. Какие виды реостатов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?


Домашнее задание:

читать § 30, решить упр.30,№2,4


Физика и труд

Всё перетрут!

multiurok.ru

Исследование зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров

Аккайынский район, Ленинская средняя школа.

Учитель физики высшей категории Аберле Людмила Петровна.

Стаж работы 37 лет.

Урок – проект 8 класс

Тема:

«Исследование зависимости сопротивления проводника от его

геометрических размеров».

Цель урока: Формирование и совершенствование практических навыков учащихся, а так же их интеллектуальных умений, через проблемное обучение.

Введение.

Знание физических законов помогает разгадать тайны природы, разведать что-то принципиально новое, меняющее наши прежние представления. Работа над проектом помогает на практике совместить теоретические знания с их практическим применением.

В исследовательской работе в качестве гипотезы выдвигается предположение о том, что, при условии изменения площади сечения и длины проводника, изменяется его сопротивление.

Актуальным разделом этой проблемы выступает изучение и применение физических законов в повседневной жизни.

Основная цель эксперимента – исследование влияния изменения поперечного сечения и длины проводника на его сопротивление.

Задача научной работы – выявить влияние геометрических размеров проводника на его сопротивление.

Объектом исследования в работе выступают металлические проводники. Предметом исследования выступают медные и стальные проводники с различным поперечным сечением и разной длиной, применение которых приводит к изменению сопротивления.

В процессе работы были использованы следующие методы:

1. Подбор материала о применение проводников в быту.

2. Проведение эксперимента

3. Анализ и сравнение полученных результатов

В качестве практического метода проведён эксперимент по определению сопротивления медного и стального проводников при изменении их геометрических размеров. Чем меньше сечение проводников и больше их длина, тем выше сопротивление. Результаты, полученные во время эксперимента, показали, что для увеличения силы тока в электрической цепи необходимо уменьшать сопротивление проводников.

Научная новизна этой работы заключается в том, что в нашей школе таких исследований никто не проводил.

Работа над проектом предполагает изучение и сравнительный анализ физических процессов, происходящих в различных объектах природы. Результаты, полученные во время эксперимента, хорошо иллюстрируют и доказывают общность физических законов.

План урока.

1.Организационный момент.

2.Теоретическая часть. «Мозговой штурм».

а) Электрический ток в металлах.

б) Электрическое сопротивление металлов

3.Проведение эксперимента

4.Заключение

5.Защита проекта

6. Релаксация.

1. Организационный момент.

«Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рождённых только воображением».

( М.В. Ломоносов)

2.Теоретическая часть.

Мозговой штурм.

1.Какую скорость имеют в виду, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике?

а) Скорость движения отдельных электронов

б) Скорость распространения электрического поля

2.Что представляет собой электрический ток в металлах?

а) Упорядоченное движение ионов

б) Упорядоченное движение электронов

3.Какой вид имеет траектория электрона в атоме?

а) Прямая линия

б) Кривая линия

в) Окружность

г) Ломаная линия

4.Что является причиной ограничивающей силу тока?

Ответ: а) Электрическое поле положительных ионов кристаллической решётки действует с силой на электроны, уменьшая их скорость направленного движения.

б) Воздействие электрического поля электронов на соседние электроны, что тоже уменьшает скорость движения.

Все эти факторы мешают беспрепятственному прохождению электронов между узлами кристаллической решётки, т.е. чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

3. Экспериментальная часть.

Исследование зависимости сопротивления проводника от его

геометрических размеров.

1 гр.

Оборудование: медные проводники с разной длиной и различным поперечным сечением на подставке, линейка, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы № 1

1.Рассмотрите медную проволоку, имеющуюся у вас на подставке.

2. Запишите формулу зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров.

3. Вычислите сопротивление этой проволоки, выполнив необходимые измерения. (удельное сопротивление меди ρ = 1,7 ∙ 10 — 2 Ом ∙ мм2 / м )

№ п/п

Измерено

Вычислено

l (м)

D (мм)

S (мм2)

R (Ом)

1

2

Измерено: l — длина проводника D — диаметр проволоки

l 1 = l 2

Вычисление:

S1 = πD12 / 4 π = 3,14

S2 = πD22 / 4

R 1 = ? R2 = ?

Сформулируйте вывод о зависимости сопротивления проводников при одинаковой длине и разном сечении.

1 гр.

Порядок выполнения работы № 2

1.Рассмотрите медную проволоку, имеющуюся у вас на подставке.

2. Запишите формулу зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров.

3. Вычислите сопротивление этой проволоки, выполнив необходимые измерения. (удельное сопротивление меди ρ = 1,7 ∙ 10 – 2 Ом ∙ мм2 / м )

№ п/п

Измерено

Вычислено

l (м)

D (мм)

S (мм2)

R (Ом)

1

2

Вычисление:

S = πD2 / 4 π = 3,14 S 1 = S2

R1 = ? R2 = ?

Сформулируйте вывод о зависимости сопротивления проводника при разной длине проводников и равной площади поперечного сечения.

ВЫВОД: Сформулируйте общий вывод о зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения. Вывод запишите в тетрадь.

На листе ватмана записать:

ЭТАПЫ РАБОТЫ

1.нарисовать проводники на подставке № 1 (указать металл)

2. записать расчётную формулу для сопротивления

3. измерить длину проводников

4. измерить диаметр обеих проволок с помощью штангенциркуля

5. вычислить площадь поперечного сечения проводников

6. вычислить сопротивления для обоих проводников

7. записать полученный результат при условии равной длины проводников и разной площади сечения.

8. сравнить полученные результаты и записать вывод

  1. нарисовать проводники на подставке № 2

  2. записать расчётную формулу для сопротивления

  3. записать полученный результат при условии равного сечения проводников и разной их длине.

  4. сравнить полученный результат и записать вывод

ВЫВОД: Сформулируйте общий вывод о зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения

Исследование зависимости сопротивления проводника от его

геометрических размеров.

2 гр.

Оборудование: медные проводники с разной длиной и различным поперечным сечением на подставке, линейка, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы № 1

1.Рассмотрите медную проволоку, имеющуюся у вас на подставке.

2. Запишите формулу зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров.

3. Вычислите сопротивление этой проволоки, выполнив необходимые измерения. (удельное сопротивление меди ρ = 1,7 ∙ 10 — 2 Ом ∙ мм2 / м )

№ п/п

Измерено

Вычислено

l (м)

D (мм)

S (мм2)

R (Ом)

1

2

Измерено: l — длина проводника D — диаметр проволоки

l 1 = l 2

Вычисление:

S1 = πD12 / 4 π = 3,14

S2 = πD22 / 4 R 1 = ? R2 = ?

Сформулируйте вывод о зависимости сопротивления проводников при одинаковой длине и разном сечении.

2 гр.

Порядок выполнения работы № 2

1.Рассмотрите медную проволоку, имеющуюся у вас на подставке.

2. Запишите формулу зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров.

3. Вычислите сопротивление этой проволоки, выполнив необходимые измерения. (удельное сопротивление меди ρ = 1,7 ∙ 10 – 2 Ом ∙ мм2 / м )

№ п/п

Измерено

Вычислено

l (м)

D (мм)

S (мм2)

R (Ом)

1

2

Вычисление:

S = πD2 / 4 π = 3,14 S 1 = S2

R1 = ? R2 = ?

Сформулируйте вывод о зависимости сопротивления проводника при разной длине проводников и равной площади поперечного сечения.

ВЫВОД: Сформулируйте общий вывод о зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения. Вывод запишите в тетрадь.

На листе ватмана записать:

ЭТАПЫ РАБОТЫ

1.нарисовать проводники на подставке № 1 (указать металл)

2. записать расчётную формулу для сопротивления

3. измерить длину проводников

4. измерить диаметр обеих проволок с помощью штангенциркуля

5. вычислить площадь поперечного сечения проводников

6. вычислить сопротивления для обоих проводников

7. записать полученный результат при условии равной длины проводников и разной площади сечения.

8. сравнить полученные результаты и записать вывод

1.нарисовать проводники на подставке № 2

  1. записать расчётную формулу для сопротивления

  2. записать полученный результат при условии равного сечения проводников и разной их длине.

  3. сравнить полученный результат и записать вывод

ВЫВОД: Сформулируйте общий вывод о зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения.

4.Заключение.

5. Защита проектов.

6.Релаксация.

Задание 63-4

  1. Пусть два проводника, изготовленные из одного и того же материала с одинаковой площадью поперечного сечения, подключены каждый к источнику тока одного и того же напряжения и при этом через один проводник идёт больший ток. Чем это можно объяснить?

Ответ: проводники имеют различную длину.

  1. Пусть два проводника одинаковой длины с одинаковой площадью поперечного сечения подключены каждый к источнику тока одинакового напряжения и при этом через один из них течёт меньший ток. Чем это можно объяснить?

Ответ: проводники изготовлены из различного материала.

  1. пусть два проводника одинаковой длины, изготовленные из одного и того же материала, подключены каждый к источнику тока одинакового напряжения и при этом через один из них идёт больший ток. Почему?

Ответ: проводники имеют различные поперечные сечения.

  1. Пусть два проводника одной и той же длины с одинаковой площадью поперечного сечения, изготовленные из одного и того же материала, подключены каждый к отдельному источнику тока и при этом через один из них идёт меньший ток. Почему?

Это объясняется тем, что …….

  1. проводники имеют различную длину.

  2. проводники изготовлены из различного материала.

  3. источники тока имеют различное напряжение.

  4. проводники имеют различные поперечные сечения.

Задачи.

  1. Что такое изоляторы?

  2. Где используются проводники с большим удельным сопротивлением?

  3. Назвать приборы бытовой техники, где применяются нагревательные элементы. Большим или маленьким сопротивлением они обладают? Почему?

1). Удлинитель длиной 10 м сделан из медного провода диаметром 1,3 мм. Каково сопротивление удлинителя?

2).Имеются две проволоки из одного и того же материала с одинаковой площадью поперечного сечения. Длина первой 20 см, второй 1м. Сопротивление, какой проволоки больше и во сколько раз?

infourok.ru

Зависимость электрического сопротивления от сечения, длины и материала проводника

  

Сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены.

Можно проверить это практически на следующем опыте.

Рисунок 1. Опыт, показывающий зависимость электрического сопротивления от материала проводника

Подберем два или три проводника из различных материалов, возможно меньшего, но одинакового поперечного сечения, например, один медный, другой стальной, третий никелиновый. Укрепим на планке два зажима а и б на расстоянии 1 —1,5 м один от другого (рис. 1) и подключим к ним аккумулятор через амперметр. Теперь поочередно между зажимами а и б будем на 1—2 сек включать сначала медный, потом стальной и, наконец, никелиновый проводник, наблюдая в каждом случае за отклонением стрелки амперметра. Нетрудно будет заметить, что наибольший по величине ток пройдет по медному проводнику, а наименьший — по никелиновому.

Из этого следует, что сопротивление медного проводника меньше, чем стального, а сопротивление стального проводника меньше, чем никелинового.

Таким образом, электрическое сопротивление проводника зависит от материала, из которою он изготовлен.

Для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие о так называемом удельном сопротивлении.

Определение: Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной в 1 м и сечением в 1 мм2 при температуре +20 С°.

Удельное сопротивление обозначается буквой ρ («ро») греческого алфавита.

Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает определенным удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление меди равно 0,0175 Ом*мм2/м, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом.

Ниже приводится таблица удельных сопротивлений материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике.

Удельные сопротивления материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике















МатериалУдельное сопротивление,  Ом*мм2
 Серебро0,016
 Медь0,0175 
 Алюминий0,0295 
 Железо0,09-0,11
 Сталь0,125-0,146
 Свинец0,218-0,222
 Константан0,4-0,51
 Манганин0,4-0,52
 Никелин0,43
 Вольфрам0,503
 Нихром1,02-1,12
 Фехраль1,2
 Уголь10-60

Любопытно отметить, что например, нихромовый провод длиною 1 м обладает примерно таким же сопротивлением, как медный провод длиною около 63 м (при одинаковом сечении).

Разберем теперь, как влияют размеры проводника, т. е. длина и поперечное сечение, на величину его сопротивления.

Воспользуемся для этого схемой, изображенной на рис. 1. Включим между зажимами а и б для большей наглядности опыта проволоку из никелина. Заметив показание амперметра, отключим от зажима б проводник, которой соединяет прибор с минусом аккумулятора, и освободившимся концом проводника прикоснемся к никелиновой проволоке на некотором удалении от зажима а (рис. 2). Уменьшив таким образом длину проводника, включенного в цепь, нетрудно заметить по показанию амперметра, что ток в цепи увеличился.

 

Рисунок 2. Опыт, показывающий зависимость электрического сопротивления от длины проводника

Это говорит о том, что с уменьшением длины проводника сопротивление его уменьшается. Если же перемещать конец проводника по никелиновой проволоке вправо, т. е. к зажиму б, то, наблюдая за показаниями амперметра, можно сделать вывод, что с увеличением длины проводника сопротивление его увеличивается.

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

Выясним теперь, как зависит сопротивление проводника от его поперечного сечения, т. е. от толщины.

Подберем для этого два или три проводника из одного и того же материала (медь, железо или никелин), но различного поперечного сечения и включим их поочередно между зажимами а и б, как указано на рис. 1.

Наблюдая каждый раз за показаниями амперметра, можно убедиться, что чем тоньше проводник, тем меньше ток в цепи, а следовательно, тем больше сопротивление проводника. И, наоборот, чем толще проводник, тем больше ток в цепи, а следовательно, тем меньше сопротивление проводника.

Значит, 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 уяснить эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов (рис. 3), причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая.

Рисунок 3. Вода по толстой трубке перейдет быстрее, чем по тонкой

Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой. Это значит, что 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.

Обобщая результаты произведенных нами опытов, можно сделать следующий общий вывод:

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

Математически эта зависимость выражается следующей формулой:

 

где R—сопротивление проводника в Ом;

ρ — удельное сопротивление материала в Ом*мм2/м;

l — длина проводника в м;

S—площадь поперечного сечения проводника в мм2.

Примечание. Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле

где π—постоянная величина, равная 3,14;

d—диаметр проводника.

Указанная выше зависимость дает возможность определить длину проводника или его сечение, если известны одна из этих величин и сопротивление проводника.

Так, например, длина проводника определяется по формуле:

Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формула принимает следующий вид:

Решив это равенство относительно ρ, получим выражение для определения удельного сопротивления проводника:

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. Определив по формуле удельное сопротивление проводника, можно найти  материал, обладающий таким удельным сопротивлением.  

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

www.sxemotehnika.ru

1.3. Закон Ома для участка цепи. Омическое сопротивление проводника.

Удельное
сопротивление.

Закон
Ома устанавливает зависимость между
силой тока в проводнике и разностью
потенциалов (напряжением) между двумя
точками (сечениями) этого проводника.
В 1826 г. немецким физиком Георгом Омом
(1787-1854) экспериментально было об­наружено,
что отношение разности потенциалов
(напряжения) на концах металлического
проводника к силе тока есть величина
постоянная:

U/I=R=const

Эта
величина, зависящая от геометрических
и электрических свойств проводника и
от температуры, называется омическим
(активным) сопротивлением, или просто
сопротивлением.

Согласно
закону Ома для участка цепи

Сила
тока прямо пропорциональна разности
потенциалов (напряжению) на концах
участка цепи и обратно пропорци­ональна
сопротивлению этого участка:

I=U/R,

где
U — напряжение на данном участке цепи,
R,
— сопротивление данного участка цепи.
Произведение силы тока на сопротивление
называется иногда падением напряжения:

U=I*R

Сопротивление
проводника является его основной
электри­ческой характеристикой,
определяющей упорядоченное переме­щение
носителей тока в этом проводнике (или
на участке цепи).

Единица
омического сопротивления в СИ — ом
(Ом). Провод­ник имеет сопротивление
1 Ом, если при силе тока в нем 1 А разность
потенциалов (напряжения) на его концах
равна 1 В, т.е. 1 Ом — 1 В/1 А.

Сопротивление
К зависит от свойств проводника и от
его гео­метрических размеров:

R=p*l/S,

Где
p
— удельное сопротивление вещества, I —
длина проводника, S — площадь поперечного
сечения. Единицей удельного сопро­тивления
в СИ является 1 Ом • м (или 1 Ом • м/м2).

Удельное
сопротивление вещества численно равно
сопротивле­нию однородного
цилиндрического проводника, изготовленного
из данного материала и имеющего длину
1 м и площадь поперечного сечения 1 м ,
или численно равно сопротивлению
проводника в форме куба с ребром 1 м,
если направление тока совпадает с
направ­лением нормали к двум
противоположным граням куба.

В
зависимости от удельного сопротивления
все вещества де­лятся на проводники
(удельное сопротивление мало), диэлектри­ки
(очень большое удельное сопротивление)
и полупроводники с промежуточным
значением удельного сопротивления.

1.4. Зависимость удельного сопротивления от температуры.

Сверхпроводимость.

С
изменением температуры удельное
сопротивление изме­няется:

р=p0*(1+at),

гдер
0 — удельное сопротивление проводника
при 0°С, ( темпе­ратура по шкале Цельсия)
— удельное сопротивление при тем­пературе
^, а —. температурный коэффициент
сопротивления. Этот коэффициент
характеризует зависимость сопротивления
ве­щества от температуры.

Температурный
коэффициент сопротивления равен
относи­тельному изменению сопротивления
проводника при нагревании на 1°К. Его
можно определить из условия:

R-R0/R=at,

если
До — сопротивление проводника при 0°С,
К — сопротивление проводника при
температуре {.

Сопротивление
проводника меняется за счет изменения
удельного сопротивления, так как при
нагревании геометричес­кие размеры
проводника меняются незначительно.

Для
всех металлов к > 1 и мало меняется при
изменении температуры проводника.

Удельное
сопротивление проводника линейно
зависит от тем­пературы (рис. 61). У
чистых металлов, а =1/273*K-1, для раство­ров
электролитов, а < 0 и с увеличением
температуры сопротивле­ние уменьшается.
,

столкновении
с ионами электро­ны теряют скорость
направлен­ного движения. Это и приводит

Возрастание
удельного со­противления можно
объяснить тем, что с ростом температуры
амплитуда колебаний ионов кристаллической
решетки ме­таллов увеличивается и
возрас­тает вероятность их столкнове­ния
с электронами. Это и приводит к возрастанию
удельного сопротивления. Столкновении
с ионами электроны теряют скорость
направленного движения.

Рис.2
Зависимость удельного сопротивления
от температуры.

Рис.3
Зависимость удельного сопротивле­ния
от температуры для ртути.

Зависимость
сопротивле­ния металлов от температуры
используется, например, в тер­мометрах
сопротивления.

Многие
проводники обла­дают свойством
сверхпроводи­мости, состоящей в том,
что их сопротивление скачком падает до
нуля при охлаждении ниже определенной
критической температуры Т^, характерной
для данного материала. Такие вещества
получили название сверхпроводники.

Впервые
это явление наблюдал в 1911 г. нидерландский
физик Гейке Камерлинг-Оннес (1853-1926). Он
обнаружил, что ртуть при Т = 4,15°К переходит
в новое состояние, названное сверхпроводящим
(рис. 62). Позже им было установлено, что
электрическое сопротивление ртути
восстанавливается при T < Tk
в достаточно сильном магнитном поле.
Прохождение тока в сверх­проводниках
происходит без потерь энергии, поэтому
их исполь­зуют в электромагнитах со
сверхпроводящей обмоткой. На основе
явления сверхпроводимости иногда
работают элементы памяти счетно-вычислительных
устройств. Устройство переключающих
элементов электронных вычислительных
машин иногда основано на принципе
разрушения сверхпроводящего состояния
магнит­ным полем.

Ведутся
исследования по созданию сверхпроводящих
линий электропередачи, но главная
трудность здесь в необходимости глубокого
охлаждения всей линии для перехода в
сверхпроводящее состояние до температуры
ниже 20°К.

studfiles.net

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — свойство проводника создавать помехи прохождению электрического тока.

Сказывается части латинской буквой R, единица сопротивления в СИ — Ом.

Электрическое сопротивление используется в случаях линейной зависимости электрического тока в проводнике от приложенного напряжения, и является коэффициентом пропорциональности между падением напряжения U и силой тока I

.


1. Физическая природа сопротивления

По величине сопротивления тела можно разделить на:

Отдельным классом стоят сверхпроводники, которые не создают сопротивления тока.

1.1. Причины возникновения сопротивления

Электроны проводника постоянно и хаотично движутся, но в случае, если проводника не приложено напряжение, хаотическое движение электронов в среднем не приводит к переносу заряда — электрический ток равен нулю [1] Электрический ток возникает тогда, когда существует преимущественное движение электронов в одном направлении. Такая ситуация возможна при наличии ЭДС, энергия которой расходуется на переориентацию теплового движения электронов.

Во время своего движения электрические заряды взаимодействуют с кристаллической решеткой : сталкиваются с атомами решетки (рассеются). При этом электроны отдают энергию, полученную от электрического поля источника э.д.с., решетке. Атомы, находящиеся в колебательном движении вокруг положения равновесия, увеличивают амплитуду колебания. То есть, энергия электрического поля превращается в энергию колебания атомов — в тепло.

В источнике э.д.с. результате кулоновского отталкивания электроны стремятся занять равновесное положение, соответствующее их наибольшей виддаленности друг от друга. Чтобы вызвать ток, нужно нарушить это равновесие и направить электроны в определенном направлении против сил поля (в источниках тока эту работу выполняют сторонние силы, например, химические). Рассмотрены процессы вызывают появление внутреннего сопротивления источника ЭДС.


1.2. Зависимость сопротивления от размеров проводника

Для проводника длиной l и поперечным сечением S сопротивление определяется по формуле

.

где ρ — удельное сопротивление — характеристика материала из которого изготовлен проводник. Удельное сопротивление — это сопротивление проводника кубической формы с единичными размерами. Наименьшее значение ρ для серебра и золота. Эти материалы используют для изготовления контактов в микросхемах.


1.3. Зависимость сопротивления от температуры

Причиной возникновения сопротивления является рассеяние (столкновение) носителей заряда на атомах решетки. При увеличении температуры, во-первых, увеличивается тепловая скорость электронов, во-вторых, увеличивается амплитуда колебания атомов относительно их равновесного положения. Необходимо отметить, что влияние первого процесса, а именно — увеличение тепловой скорости, в меньшей степени влияет на сопротивление проводника, чем колебания атомов, поскольку при комнатной температуре (20 o С) тепловая скорость составляет около 10 5 см / сек, или 100 км / сек. Поэтому повышение температуры, например на Δt = 40 — 60 o С, не приведет к существенному увеличению скорости. А вот амплитуда колебания атомов может увеличиться в несколько раз. Это вызовет увеличение эффективного сечения рассеяния носителей заряда на атомах и, как следствие, приведет к увеличению вероятности рассеяния. Указанные явления приводят к потерям энергии носителями заряда. Ток через проводник при этом уменьшится, т.е. сопротивление проводников при нагревании увеличивается.


1.4. Сопротивление полупроводников

В полупроводниках существует дополнительный фактор, зависит от температуры, а именно — может изменяться концентрация свободных носителей заряда, которыми в полупроводниках является электроны проводимости и дыры. Концентрация свободных носителей заряда возрастает при повышении температуры за экспоненциальному закону. Увеличение количества носителей, которые могут давать вклад в электрический ток, приводит к уменьшению сопротивления.

В зависимости от того, какая из причин в исследуемом материале доминирует, при повышении температуры сопротивление может увеличиваться (металлы), или уменьшается (полупроводники).


1.5. Контактный электрическое сопротивление

Контактный электрическое сопротивление — сопротивление, которое возникает в месте контакта проводов электрической цепи вследствие неплотного прилегания.

1.6. Внешнее сопротивление

Внешнее сопротивление — общее сопротивление всех участков электрической цепи, кроме сопротивления источника тока. Свойством проводника, от которой зависит сила тока в цепи.

См.. также

Источники

  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. т III. Электричество. — Москва: Наука, 1977.

Примечания

  1. Однако благодаря флуктуациям в проводниках возникают кратковременные токи, которые приводят к появлению шумов.

nado.znate.ru

Зависимость — электрическое сопротивление — проводник

Зависимость — электрическое сопротивление — проводник

Cтраница 1

Зависимость электрического сопротивления проводников от их геометрических размеров состоит в том, что по мере увеличения длины проводника и уменьшения площади поперечного сечения сопротивление возрастает.
 [1]

Термочувствительные преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника ( или полупроводника) от температуры.
 [2]

В термометрах сопротивления используется зависимость электрического сопротивления проводников от температуры. Стандартизованы платиновый и медный термометры сопротивления.
 [3]

Термочувствительные преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника ( или полупроводника), от температуры.
 [4]

Их действие основано на зависимости электрического сопротивления проводников от температуры. Графики зависимости сопротивления их от температуры показаны на рис. 2.16. Практически — это прямые линии. Значение ТКЭС меди выше, чем платины, поэтому ТСМ чувствительнее к изменению температуры, этим и объясняется большая крутизна графика. Однако верхний температурный предел измерения для ТСМ равен 200 С, а для ТСП — плюс 1100 С. Нижние пределы соответственно равны минус 200 и минус 260 С.
 [5]

Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивления проводников или пвлупроводни-ков от температуры.
 [6]

Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводников от температуры.
 [7]

Действие этих термометров основано на использовании зависимости электрического сопротивления проводника ( тонкой проволоки) от температуры. Термометр сопротивления состоит из обмотки, изготовленной из тонкой проволоки на специальном каркасе, выполненном из изоляционного материала. Чувствительный элемент заключен в защитную гильзу.
 [9]

Датчики из термосопротивлений основаны на использовании зависимости электрического сопротивления проводников от температуры. Существуют два способа использования термосопротивлений в виде датчиков. При первом способе температура термосопротивления определяется температурой окружающей среды, гак как ток, протекающий по термосопротивле — Нить нию, выбирается достаточно малым, чтобы выделяемое им тепло не влияло на температуру термосопротивления. Этот способ применяется в датчиках температуры.
 [10]

Датчики из термосопротивлений основаны на использовании зависимости электрического сопротивления проводников от темпе ратуры. Существуют два способа использования термосопротивлений ь виде датчиков. При первом способе температура термосопротивления определяется температурой окружающей среды, гак как ток, протекающий по термосопротивлению, выбирается достаточно малым, чтобы выделяемое им тепло не влияло на температуру термосопротивления. Этот способ применяется в датчиках температуры.
 [11]

Тензочув-ствительные ( проволочные) преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника от вызываемого в нем механического напряжения.
 [12]

Тензо-чувствительные ( проволочные) преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления проводника от вызываемого в нем механического напряжения.
 [13]

В основу работы термокондуктометрических газоанализаторов положен метод, использующий зависимость электрического сопротивления проводника с большим температурным коэффициентом сопротивления от теплопроводности окружающей проводник смеси.
 [15]

Страницы:  

   1

   2




www.ngpedia.ru

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника




⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 54Следующая ⇒

В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.

Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.

Из формулы

видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают σ.

Сопротивление тела человека

· Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм[5]. Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

· Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов. Сухая кожа обладает удельным сопротивлением порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В. Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц.


 

Электрическое сопротивление проводников
 
 

 



Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о