Какво е омово съпротивление. Електрическо съпротивление - Хипермаркет Знания

Съпротивление на проводника - способността на материала да устои на потока електрически ток. Включително и случая на скин ефекта на променливи високочестотни напрежения.

Физически определения

Материалите са разделени на класове според съпротивлението. Разглежданата стойност - устойчивост - се счита за ключова, тя ще позволи да се извърши градация на всички вещества, открити в природата:

Проводници - материали с съпротивление до 10 μΩ м. Отнася се за повечето метали, графит.
Диелектрици - съпротивление 100 MΩ m - 10 PΩ m. Префиксът Peta се използва в контекста на петнадесета степен от десет.
Полупроводниците са група електрически материали със съпротивление, вариращо от проводници до диелектрици.

Съпротивлението се нарича, което ви позволява да характеризирате параметрите на проводник с дължина 1 метър, площ 1 квадратен метър. През повечето време е трудно да се използват числа. Напречното сечение на истински кабел е много по-малко. Например за PV-3 площта е десетки милиметри. Изчислението е опростено, ако използвате мерните единици ом кв. mm / m (вижте фиг.).

Съпротивление на метали

Съпротивлението е обозначено гръцка буква"ro", за да получите индекс на съпротивление, умножете стойността по дължината, разделена на площта на пробата. Преобразуването между стандартните мерни единици Ohm m по-често използвани за изчисление показва: връзката се установява чрез шестата степен на десет. Понякога ще бъде възможно да се намери информация относно съпротивлението на медта сред табличните стойности:

168 μΩ m;
0,00175 ома кв. ммм

Лесно е да се уверите, че числата се различават с около 4%, уверете се, като хвърлите единиците. Това означава, че цифрите са дадени за степента на мед. Ако са необходими точни изчисления, въпросът се посочва допълнително, отделно. Информацията за съпротивлението на пробата се получава чисто емпирично. Парче тел с известно напречно сечение, дължина е свързано към контактите на мултиметъра. За да получите отговор, трябва да разделите показанията на дължината на пробата, умножете по площта на напречното сечение. При тестовете се предполага, че се избира извадка, която е по-автентична, свеждайки до минимум грешката. Значителна част от тестерите са надарени с недостатъчна точност, за да получат валидни стойности.

Така че е неудобно за тези, които се страхуват от физици, които отчаяно искат да овладеят китайски мултиметри, да работят със съпротивление. Много по-лесно е да вземете готов разрез (с по-голяма дължина), да оцените параметъра на пълно парче. На практика дробите на Ом играят малка роля, тези действия се извършват за оценка на загубите. Директно се определя от активното съпротивление на секцията на веригата и квадратично зависи от тока. Като се има предвид горното, отбелязваме: проводниците в електротехниката обикновено се разделят на две категории според приложимостта:

Материали с висока проводимост, висока устойчивост. Първите се използват за създаване на кабели, а вторите - съпротивления (резистори). В таблиците няма ясно разграничение, отчита се практичността. Среброто с ниско съпротивление изобщо не се използва за създаване на проводници, рядко за контакти на устройства. По очевидни причини.
Сплави с висока еластичност се използват за създаване на гъвкави токопроводящи части: пружини, работни части на контактори. Съпротивлението обикновено трябва да бъде сведено до минимум. Ясно е, че обикновената мед, която има висока степен на пластичност, е принципно неподходяща за тези цели.
Сплави с висок или нисък коефициент на термично разширение. Първите служат като основа за създаването на биметални плочи, които структурно служат като основа. Последните образуват група инварни сплави. Често се изисква там, където е важно геометрична форма. При държачи на нишки (заменящи скъпия волфрам) и вакуумно херметични връзки на кръстовището със стъкло. Но още по-често сплавите на Invar нямат нищо общо с електричеството, те се използват като част от машинни инструменти и устройства.

Формулата за свързване на съпротивлението с омично

Физическа основа на електрическата проводимост

Съпротивлението на проводника се разпознава като обратно на електрическата проводимост. В съвременната теория не е напълно установено как протича процесът на текущото поколение. Физиците често се удрят в стена, наблюдавайки явление, което не може да бъде обяснено по никакъв начин от гледна точка на изложени по-рано концепции. Днес теорията на лентите се счита за доминираща. Необходимо е да се направи кратка екскурзия в развитието на идеите за структурата на материята.

Първоначално се предполагаше, че веществото е представено от положително заредено вещество, в него плуват електрони. Така мислеше небезизвестният лорд Келвин (по рождение Томсън), на когото е кръстена мерната единица за абсолютна температура. За първи път направи предположение за планетарната структура на атомите Ръдърфорд. Теорията, изложена през 1911 г., се основава на факта, че алфа-лъчението се отклонява от вещества с голяма дисперсия (отделните частици променят ъгъла на полета с много значително количество). Въз основа на съществуващите предпоставки авторът стига до заключението, че положителният заряд на атома е концентриран вътре в малка област от пространството, която се нарича ядро. Фактът на отделни случаи на силно отклонение на ъгъла на полета се дължи на факта, че пътят на частицата е минавал в непосредствена близост до ядрото.

Така се задават границите на геометричните размери отделни елементии за различни вещества. Заключихме, че диаметърът на златното ядро се вписва в района на 3 pm (пико е префикс към отрицателната дванадесета степен на десет). По-нататъчно развитиеТеорията за структурата на веществата е проведена от Бор през 1913 г. Въз основа на наблюдението на поведението на водородните йони той заключи, че зарядът на атома е единица и масата е определена като приблизително една шестнадесета от теглото на кислорода. Бор предполага, че електронът се задържа от силите на привличане, определени от Кулон. Следователно нещо не пада върху сърцевината. Бор предположи, че центробежната сила, произтичаща от въртенето на частицата в орбита, е виновна.

Зомерфелд направи важна промяна в оформлението. Допусната елиптичност на орбитите, въведени две квантови числаописващи траекторията – n и k. Бор забеляза, че теорията на Максуел за модела се проваля. Движеща се частица трябва да генерира магнитно поле в пространството, след което електронът постепенно ще падне върху ядрото. Следователно трябва да признаем: има орбити, на които не се осъществява излъчването на енергия в космоса. Лесно е да се види: предположенията си противоречат, още веднъж напомняйки: съпротивлението на проводника, т.к. физическо количество, физиците днес не са в състояние да обяснят.

Защо? Зонната теория е избрала за основа постулатите на Бор, които казват: позициите на орбитите са дискретни, изчислени са предварително, геометричните параметри са свързани с някакви отношения. Заключенията на учения трябваше да бъдат допълнени от вълновата механика, тъй като математически моделибяха безсилни да обяснят някои явления. Съвременна теорияказва: за всяко вещество има три зони в състояние на електрони:

Валентната лента на електроните, силно свързана с атомите. Отнема много енергия, за да се прекъсне връзката. Електроните на валентната лента не участват в проводимостта.
Лентата на проводимост, електроните, когато се появи напрегнатост на полето в вещество, образуват електрически ток (подредено движение на носители на заряд).
Забранената зона е областта на енергийните състояния, където електроните не могат да бъдат при нормални условия.

Необясним опит на Юнг

Според теорията на лентата, лентата на проводимост на проводника се припокрива с валентната лента. Образува се електронен облак, лесно отнесен от напрежение електрическо поле, образувайки ток. Поради тази причина съпротивлението на проводника е толкова малко. Освен това учените полагат напразни усилия да обяснят какво е електрон. Известно е само, че елементарната частица проявява вълнови и корпускулярни свойства. Принципът на неопределеността на Хайзенберг поставя фактите на място: невъзможно е със 100% вероятност да се определи едновременно местоположението на електрона и енергията.

Що се отнася до емпиричната част, учените са забелязали, че експериментът на Йънг с електрони дава интересен резултат. Ученият прекарва поток от фотони през два близки процепа на щита, получава се интерференционна картина, съставена от поредица от ресни. Те предложиха да се направи тест с електрони, случи се срив:

Ако електроните преминават в лъч, заобикаляйки два процепа, се образува интерференционна картина. Сякаш фотоните се движат.
Ако електроните се изстрелват един по един, нищо не се променя. Следователно... една частица се отразява от себе си, съществува едновременно на няколко места?
След това започнаха да се опитват да фиксират момента, в който електронът премина през равнината на щита. И… интерференционната картина изчезна. Имаше две петна срещу пукнатините.

Ефектът е безсилен за обяснение научна точкавизия. Оказва се, че електроните "предполагат" за текущото наблюдение, престават да проявяват вълнови свойства. Показва ограниченията на съвременните представи за физика. Би било хубаво, ако можете да му се насладите! Друг човек на науката предложи да се наблюдават частиците, когато те вече са преминали през пролуката (летящи в определена посока). И какво? Отново електроните вече не проявяват вълнови свойства.

Оказва се, елементарни частицивърна се назад във времето. В момента, в който преминаха пролуката. Проникнали в мистерията на бъдещето, знаейки дали ще има наблюдение. Поведението беше коригирано в зависимост от факта. Ясно е, че отговорът не може да бъде поразителен. Мистерията все още чака да бъде разрешена. Между другото, теорията на Айнщайн, изложена в началото на 20-ти век, сега е опровергана: открити са частици, чиято скорост надвишава скоростта на светлината.

Как се формира съпротивлението на проводниците?

Съвременните възгледи казват: свободните електрони се движат по проводника със скорост около 100 km / s. Под действието на полето, което възниква вътре, дрейфът се подрежда. Скоростта на движение на носителите по линиите на напрежение е малка, няколко сантиметра в минута. В хода на движение електроните се сблъскват с атомите на кристалната решетка, определено количество енергия се превръща в топлина. И мярката за тази трансформация обикновено се нарича съпротивление на проводника. Колкото по-високо, толкова повече електрическа енергиясе превръща в топлина. Това е принципът на работа на нагревателите.

Паралелно с контекста е и цифровият израз на проводимостта на материала, който може да се види на фигурата. За да се получи съпротивление, е необходимо единицата да се раздели на посоченото число. Ходът на по-нататъшните трансформации е разгледан по-горе. Вижда се, че съпротивлението зависи от параметрите - температурното движение на електроните и дължината на свободния им път, което директно води до структурата кристална решеткавещества. Обяснение - съпротивлението на проводниците е различно. Медта има по-малко алуминий.

§ петнадесет. Електрическо съпротивление

Насоченото движение на електрически заряди във всеки проводник се възпрепятства от молекулите и атомите на този проводник. Следователно, както външната секция на веригата, така и вътрешната (вътре в самия енергиен източник) пречат на преминаването на тока. Нарича се стойността, характеризираща съпротивлението на електрическа верига при преминаване на електрически ток електрическо съпротивление.
Източникът на електрическа енергия, включен в затворена електрическа верига, изразходва енергия за преодоляване на съпротивлението на външните и вътрешните вериги.
Електрическото съпротивление се обозначава с буквата rи е изобразен на диаграмите, както е показано на фиг. 14, а.

Единицата за съпротивление е омът. омнаречено електрическо съпротивление на такъв линеен проводник, в който при постоянна потенциална разлика от един волт протича ток от един ампер, т.е.

При измерване на високи съпротивления се използват единици от хиляда и милион пъти повече ома. Те се наричат килоом ( com) и мегаом ( мамо), 1 com = 1000 ом; 1 мамо = 1 000 000 ом.
AT различни веществасъдържа различен брой свободни електрони, а атомите, между които се движат тези електрони, имат различно разположение. Следователно съпротивлението на проводниците на електрически ток зависи от материала, от който са направени, от дължината и площта. напречно сечениепроводник. Ако се сравняват два проводника от един и същи материал, тогава по-дългият проводник има по-голямо съпротивление при равни площинапречни сечения, а проводник с голямо напречно сечение има по-малко съпротивление при равни дължини.
За относителна оценка на електрическите свойства на материала на проводника служи неговото съпротивление. Съпротивлениее съпротивлението на метален проводник с дължина 1 ми площ на напречното сечение 1 мм 2; обозначава се с буквата ρ и се измерва в
Ако проводник, направен от материал с съпротивление ρ, има дължина лметра и площ на напречното сечение qквадратни милиметри, тогава съпротивлението на този проводник

Формула (18) показва, че съпротивлението на проводника е право пропорционално на съпротивлението на материала, от който е направен, както и на неговата дължина и обратно пропорционално на площта на напречното сечение.
Съпротивлението на проводниците зависи от температурата. Съпротивлението на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата. Тази зависимост е доста сложна, но в сравнително тесен диапазон на температурни промени (до около 200 ° C) можем да приемем, че за всеки метал има определен, така наречен температурен, коефициент на съпротивление (алфа), който изразява увеличаване на съпротивлението на проводника Δ rкогато температурата се промени с 1°C, посочено в 1 омпървоначално съпротивление.
По този начин температурният коефициент на съпротивление

и повишаване на съпротивлението

Δ r = r 2 - r 1 = α r 2 (т 2 - т 1) (20)

където r 1 - съпротивление на проводника при температура т 1 ;
r 2 - съпротивление на същия проводник при температура т 2 .
Нека обясним израза за температурния коефициент на съпротивление с пример. Да приемем, че медна линейна жица при температура т 1 = 15° има съпротивление r 1 = 50 ом, и при температура т 2 = 75° - r 2 - 62 ом. Следователно увеличаването на съпротивлението при промяна на температурата с 75 - 15 \u003d 60 ° е 62 - 50 \u003d 12 ом. По този начин увеличаването на съпротивлението, съответстващо на промяна на температурата с 1 °, е равно на:

Температурният коефициент на съпротивление за мед е равен на увеличението на съпротивлението, разделено на 1 омначално съпротивление, т.е. разделено на 50:

Въз основа на формула (20) е възможно да се установи връзката между съпротивленията r 2 и r 1:

(21)

Трябва да се има предвид, че тази формула е само приблизителен израз на зависимостта на съпротивлението от температурата и не може да се използва за измерване на съпротивления при температури над 100 ° C.
Регулируемите съпротивления се наричат реостати(фиг. 14, б). Реостатите са направени от тел с високо съпротивление, като нихром. Съпротивлението на реостатите може да варира равномерно или на стъпки. Използват се и течни реостати, които представляват метален съд, напълнен с някакъв вид разтвор, който провежда електрически ток, например разтвор на сода във вода.
Способността на проводника да пропуска електрически ток се характеризира с проводимост, която е реципрочна на съпротивлението и се обозначава с буквата ж. SI единицата за проводимост е (сименс).

Следователно връзката между съпротивлението и проводимостта на проводника е следната.

Електрическо съпротивление се разбира като всяко съпротивление, което открива ток при преминаване през затворена верига, отслабвайки или инхибирайки свободния поток на електрически заряди.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Измерване на съпротивление с мултицет" width="600" height="490">!}

Измерване на съпротивлението с мултицет

Физическата концепция за съпротивлението

Електроните, когато преминават ток, циркулират в проводник по организиран начин според съпротивлението, което срещат по пътя. Колкото по-ниско е това съпротивление, толкова по-голям е съществуващият ред в микрокосмоса на електроните. Но когато съпротивлението е високо, те започват да се сблъскват един с друг и да отделят секрет Термална енергия. В тази връзка температурата на проводника винаги се повишава леко, с по-голямо количество, колкото по-високо е електроните намират съпротивление на тяхното движение.

Използвани материали

Всички известни метали са повече или по-малко устойчиви на преминаване на ток, включително най-добрите проводници. Златото и среброто имат най-малко съпротивление, но са скъпи, така че най-често използваният материал е медта, която има висока електрическа проводимост. Алуминият се използва в по-малък мащаб.

Нихромовата тел има най-висока устойчивост на преминаване на ток (сплав от никел (80%) и хром (20%)). Той се използва широко в резистори.

Друг широко използван резисторен материал е въглеродът. От него се правят фиксирани съпротивления и реостати за използване в електронни схеми. Фиксираните резистори и потенциометрите се използват за управление на стойностите на тока и напрежението, например, когато се контролира силата на звука и тона на аудио усилватели.

Изчисляване на съпротивлението

За да се изчисли стойността на съпротивлението на натоварване, формулата, извлечена от закона на Ом, се използва като основна, ако са известни стойностите на тока и напрежението:

Мерната единица е ом.

За серийна връзкарезистори, общото съпротивление се намира чрез сумиране на отделните стойности:

R = R1 + R2 + R3 + …..

В паралелна връзкаизползва се израз:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

И как да намерите електрическото съпротивление на проводника, като се имат предвид неговите параметри и материал на производство? Има друга формула за съпротива за това:

R \u003d ρ x l / S, където:

l е дължината на жицата,
S са размерите на напречното му сечение,
ρ е специфичното обемно съпротивление на материала на проводника.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-1-600x417.png?.png 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/2-1-768x533..png 792w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Формула за устойчивост

Геометричните размери на проводника могат да бъдат измерени. Но за да изчислите съпротивлението по тази формула, трябва да знаете коефициента ρ.

Важно!бие стойности обемното съпротивление вече е изчислено за различни материалии обобщени в специални таблици.

Стойността на коефициента ви позволява да сравните съпротивлението различни видовепроводници при дадена температура в съответствие с техните физични свойстванезависимо от размера. Това може да се илюстрира с примери.

Пример за изчисляване на електрическото съпротивление Меден проводник, дължина 500 м:

Ако размерите на сечението на проводника са неизвестни, можете да измерите диаметъра му с шублер. Да кажем, че е 1,6 мм;
При изчисляване на площта на напречното сечение се използва формулата:

Тогава S = 3,14 x (1,6 / 2)² = 2 mm²;

Според таблицата открихме стойността на ρ за мед, равна на 0,0172 Ohm x m / mm²;
Сега електрическото съпротивление на изчисления проводник ще бъде:

R \u003d ρ x l / S = 0,0172 x 500/2 = 4,3 ома.

Друг пример– нихромова тел с напречно сечение 0,1 mm², дължина 1 m:

Индексът ρ за нихрома е 1,1 Ohm x m / mm²;
R = ρ x l / S = 1,1 x 1 / 0,1 = 11 ома.

Два примера ясно показват, че нихромов проводник с дължина метър и напречно сечение 20 пъти по-малко има електрическо съпротивление 2,5 пъти по-голямо от 500 метра медна тел.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-6-768x381..jpg 960w

Съпротивление на някои метали

Важно!Съпротивлението се влияе от температурата, с чието повишаване се увеличава и обратно, намалява с намаляване.

импеданс

Импедансът е по-общ термин за съпротивление, което взема предвид реактивното натоварване. Изчисляване на съпротивлението на контура променлив токе да се изчисли импеданса.

Докато резисторът осигурява съпротивление за конкретна цел, реактивният е неприятен страничен продукт на някои компоненти на електрическата верига.

Два вида реактивно съпротивление:

Индуктивен. Създаден от намотки. Формула за изчисление:

X (L) = 2π x f x L, където:

f е текущата честота (Hz),
L - индуктивност (H);

Капацитивен. Създаден от кондензатори. Изчислено по формулата:

X (C) = 1/(2π x f x C),

където C е капацитетът (F).

Подобно на активния си аналог, реактивното съпротивление се изразява в ома и също така ограничава потока на тока през контура. Ако във веригата има както капацитет, така и индуктор, тогава общото съпротивление е:

X = X (L) - X (C).

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-3.jpg 622w

Активно, индуктивно и капацитивно реактивно съпротивление

Важно!От реактивния товар следват формулите интересни функции. С увеличаване на честотата на променливия ток и индуктивността, X (L) се увеличава. Обратно, колкото по-висока е честотата и капацитетът, толкова по-малък е X (C).

Намиране на импеданса (З) не е просто добавяне на активни и реактивни компоненти:

Z = √ (R² + X²).

Пример 1

Намотка във верига с ток на силова честота има активно съпротивление от 25 ома и индуктивност 0,7 H. Можете да изчислите импеданса:

X (L) \u003d 2π x f x L = 2 x 3,14 x 50 x 0,7 = 218,45 ома;
Z = √ (R² + X (L)²) = √ (25² + 218,45²) = 219,9 ома.

tg φ = X (L) / R = 218,45 / 25 = 8,7.

Ъгълът φ е приблизително равен на 83 градуса.

Пример 2

Има кондензатор с капацитет 100 микрофарада и вътрешно съпротивление 12 ома. Можете да изчислите импеданса:

X (C) \u003d 1 / (2π x f x C) = 1 / 2 x 3,14 x 50 x 0, 0001 = 31,8 ома;
Z \u003d √ (R² + X (C)²) = √ (12² + 31,8²) = 34 ома.

В интернет можете да намерите онлайн калкулатор за опростяване на изчисляването на съпротивлението и импеданса на цялата електрическа верига или нейните секции. Там просто трябва да запазите изчислените си данни и да запишете резултатите от изчислението.

Видео

Концепцията за електрическо съпротивление и проводимост

Всяко тяло, през което протича електрически ток, има определено съпротивление към него. Свойството на материала на проводника да предотвратява преминаването на електрически ток през него се нарича електрическо съпротивление.

Електронната теория обяснява същността на електрическото съпротивление на металните проводници по този начин. Когато се движат по проводник, свободните електрони се натъкват на атоми и други електрони безброй пъти по пътя си и, взаимодействайки с тях, неизбежно губят част от енергията си. Електроните изпитват, сякаш, съпротива на тяхното движение. Различни метални проводници с различни атомна структура, имат различно съпротивление на електрически ток.

Точно същото обяснява и съпротивлението на течните проводници и газове при преминаване на електрически ток. Не бива обаче да забравяме, че в тези вещества не електроните, а заредените частици от молекули срещат съпротивление по време на движението си.

Съпротивлението се обозначава с латински букви R или r.

Омът се приема като единица за електрическо съпротивление.

Ohm е съпротивлението на живачен стълб с височина 106,3 cm с напречно сечение 1 mm2 при температура 0 ° C.

Ако, например, електрическото съпротивление на проводника е 4 ома, то се записва по следния начин: R = 4 ома или r = 4 ома.

За измерване на съпротивлението на голяма стойност се приема единица, наречена мегаом.

Един мег е равен на един милион ома.

Колкото по-голямо е съпротивлението на проводника, толкова по-зле провежда електрически ток и, обратно, колкото по-ниско е съпротивлението на проводника, толкова по-лесно е електрическият ток да премине през този проводник.

Следователно, за да се характеризира проводникът (по отношение на преминаването на електрически ток през него), може да се разгледа не само неговото съпротивление, но и реципрочната стойност на съпротивлението и се нарича проводимост.

електропроводимостНарича се способността на материала да пропуска електрически ток през себе си.

Тъй като проводимостта е реципрочна на съпротивлението, тя се изразява като 1 / R, проводимостта се обозначава латинска букваж.

Влиянието на материала на проводника, неговите размери и температура на околната средавърху стойността на електрическото съпротивление

Съпротивлението на различните проводници зависи от материала, от който са направени. За характеризиране на електрическото съпротивление различни материаливъведе концепцията за така нареченото съпротивление.

Съпротивлениее съпротивлението на проводник с дължина 1 m и с площ на напречното сечение 1 mm2. Съпротивлението се обозначава с гръцката буква p. Всеки материал, от който е направен проводникът, има свое собствено съпротивление.

Например, съпротивлението на медта е 0,017, тоест меден проводник с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm2 има съпротивление от 0,017 ома. Съпротивлението на алуминия е 0,03, съпротивлението на желязото е 0,12, съпротивлението на константана е 0,48, съпротивлението на нихрома е 1-1,1.

Съпротивлението на проводника е право пропорционално на дължината му, тоест колкото по-дълъг е проводникът, толкова по-голямо е електрическото му съпротивление.

Съпротивлението на проводника е обратно пропорционално на неговата площ на напречното сечение, тоест колкото по-дебел е проводникът, толкова по-малко е съпротивлението му и, обратно, колкото по-тънък е проводникът, толкова по-голямо е съпротивлението му.

За да разберете по-добре тази връзка, представете си две двойки комуникационни съдове, като едната двойка съдове има тънка свързваща тръба, а другата има дебела. Ясно е, че когато един от съдовете (всяка двойка) се напълни с вода, преминаването му към друг съд през дебела тръба ще се случи много по-бързо, отколкото през тънка, т.е. дебелата тръба ще окаже по-малко съпротивление на потока вода. По същия начин е по-лесно електрически ток да премине през дебел проводник, отколкото през тънък, тоест първият му предлага по-малко съпротивление от втория.

Електрическото съпротивление на проводника е равно на специфичното съпротивление на материала, от който е направен този проводник, умножено по дължината на проводника и разделено на площта на напречното сечение на проводника:

R = R l / S,

Където - R е съпротивлението на проводника, ома, l е дължината в проводника в m, S е площта на напречното сечение на проводника, mm 2.

Площ на напречното сечение на кръгъл проводникизчислено по формулата:

S = π d 2 / 4

Където π - постоянна стойност, равна на 3,14; d е диаметърът на проводника.

И така дължината на проводника се определя:

l = S R / p ,

Тази формула дава възможност да се определи дължината на проводника, неговото напречно сечение и съпротивление, ако са известни другите количества, включени във формулата.

Ако е необходимо да се определи площта на напречното сечение на проводника, тогава формулата се свежда до следната форма:

S = R l / R

Преобразувайки същата формула и решавайки равенството по отношение на p, намираме съпротивлението на проводника:

Р = R S / l

Последната формула трябва да се използва в случаите, когато съпротивлението и размерите на проводника са известни, а материалът му е неизвестен и освен това е трудно да се определи чрез външен вид. За да направите това, е необходимо да определите съпротивлението на проводника и с помощта на таблицата да намерите материал, който има такова съпротивление.

Друга причина, която влияе на съпротивлението на проводниците, е температурата.

Установено е, че с повишаване на температурата съпротивлението на металните проводници се увеличава и намалява с намаляване. Това увеличение или намаляване на съпротивлението за чисти метални проводници е почти същото и е средно 0,4% на 1°C. Съпротивлението на течните проводници и въглищата намалява с повишаване на температурата.

Електронната теория за структурата на материята дава следното обяснение за увеличаването на съпротивлението на металните проводници с повишаване на температурата. При нагряване проводникът получава топлинна енергия, която неизбежно се прехвърля към всички атоми на веществото, в резултат на което се увеличава интензивността на тяхното движение. Увеличеното движение на атомите създава по-голямо съпротивление на насоченото движение на свободните електрони, поради което съпротивлението на проводника се увеличава. С понижаване на температурата има По-добри условияза насоченото движение на електроните, а съпротивлението на проводника намалява. Това обяснява един интересен феномен - свръхпроводимост на метали.

Свръхпроводимост, т. е. намаляването на съпротивлението на металите до нула, се случва с огромно отрицателна температура- 273° C, наречена абсолютна нула. При температура от абсолютна нула металните атоми сякаш замръзват на място, без изобщо да възпрепятстват движението на електроните.

Законът на Ом е основният закон на електрическите вериги. В същото време ни позволява да обясним много природни феномени. Например, може да се разбере защо електричеството не "бие" птиците, които седят по проводниците. За физиката законът на Ом е изключително важен. Без неговото знание би било невъзможно да се създадат стабилни електрически вериги или изобщо няма да има електроника.

Зависимост I = I(U) и нейната стойност

Историята на откриването на съпротивлението на материалите е пряко свързана с ток-волтажната характеристика. Какво е? Да вземем верига с постоянен електрически ток и да разгледаме някой от нейните елементи: лампа, газова тръба, метален проводник, електролитна колба и т.н.

Чрез промяна на напрежението U (често наричано V), приложено към въпросния елемент, ще проследим промяната в силата на тока (I), преминаващ през него. В резултат на това ще получим зависимост от формата I = I (U), която се нарича "характеристика на напрежението на елемента" и е пряк индикатор за неговите електрически свойства.

Волт-амперната характеристика може да изглежда различно за различните елементи. Най-простата му форма се получава чрез разглеждане на метален проводник, което е направено от Георг Ом (1789 - 1854).

Характеристиката ток-напрежение е линейна зависимост. Следователно неговата графика е права линия.

Закон в най-простата му форма

Изследванията на Ом върху характеристиките на токовото напрежение на проводниците показват, че силата на тока вътре в металния проводник е пропорционална на потенциалната разлика в краищата му (I ~ U) и обратно пропорционална на определен коефициент, тоест I ~ 1/R. Този коефициент започва да се нарича "съпротивление на проводника", а мерната единица за електрическо съпротивление е ом или V/A.

Струва си да се отбележи още нещо. Законът на Ом често се използва за изчисляване на съпротивлението във веригите.

Формулировката на закона

Законът на Ом казва, че силата на тока (I) на една секция от веригата е пропорционална на напрежението в тази секция и обратно пропорционална на нейното съпротивление.

Трябва да се отбележи, че в тази форма законът остава верен само за хомогенен участък от веригата. Хомогенна е тази част от електрическата верига, която не съдържа източник на ток. Как да използваме закона на Ом в нехомогенна верига ще бъде обсъдено по-долу.

По-късно беше експериментално установено, че законът остава валиден за електролитни разтвори в електрическа верига.

Физическото значение на съпротивата

Съпротивлението е свойството на материалите, веществата или среди да предотвратяват преминаването на електрически ток. Количествено съпротивление от 1 ома означава, че електрически ток от 1 A може да премине в проводник при напрежение 1 V в краищата му.

Специфично електрическо съпротивление

Експериментално е установено, че съпротивлението на електрическия ток на проводника зависи от неговите размери: дължина, ширина, височина. А също и на формата му (сфера, цилиндър) и материала, от който е направена. По този начин формулата за съпротивление, например, на хомогенен цилиндричен проводник ще бъде: R \u003d p * l / S.

Ако поставим s = 1 m 2 и l = 1 m в тази формула, тогава R ще бъде числено равно на p. От тук се изчислява мерната единица за коефициента на съпротивление на проводника в SI - това е Ohm * m.

Във формулата за съпротивление p е коефициентът на съпротивление, даден от химични свойстваматериал, от който е направен проводникът.

За да разгледаме диференциалната форма на закона на Ом, е необходимо да разгледаме още няколко понятия.

Както знаете, електрическият ток е строго подредено движение на всякакви заредени частици. Например в металите носители на ток са електроните, а в проводящите газове йони.

Да вземем тривиален случай, когато всички носители на ток са хомогенни - метален проводник. Нека наум да отделим безкрайно малък обем в този проводник и да означим с u средната (дрифтова, подредена) скорост на електроните в дадения обем. Освен това, нека n означава концентрацията на токови носители на единица обем.

Сега нека начертаем безкрайно малка площ dS, перпендикулярна на вектора u и да построим по дължината на скоростта безкрайно малък цилиндър с височина u*dt, където dt означава времето, необходимо на всички носители на скорост, съдържащи се в разглеждания обем, да преминат през площта dS.

В този случай зарядът, равен на q \u003d n * e * u * dS * dt, ще бъде прехвърлен от електрони през областта, където e е зарядът на електрона. По този начин плътността на електрическия ток е вектор j = n * e * u, обозначаващ количеството заряд, пренесен за единица време през единица площ.

Едно от предимствата на диференциалната дефиниция на закона на Ом е, че често можете да се справите без да изчислявате съпротивлението.

Електрически заряд. Сила на електрическото поле

Силата на полето заедно с електрически заряде основен параметър в теорията на електричеството. В същото време може да се получи количествено представяне за тях прости експериментина разположение на студентите.

За простота на разсъжденията ще разгледаме електростатично поле. Това е електрическо поле, което не се променя с времето. Такова поле може да бъде създадено от стационарни електрически заряди.

Освен това за нашите цели е необходимо тестово таксуване. В своя капацитет ще използваме заредено тяло - толкова малко, че не е способно да причини смущения (преразпределение на зарядите) в околните обекти.

Да разгледаме на свой ред два взети тестови заряда, поставени последователно в една точка от пространството, която е под въздействието на електростатично поле. Оказва се, че обвиненията ще бъдат подложени на неизменно във времето влияние от негова страна. Нека F 1 и F 2 са силите, действащи върху зарядите.

В резултат на обобщаването на експерименталните данни беше установено, че силите F 1 и F 2 са насочени в една или в противоположни посоки и тяхното съотношение F 1 /F 2 е независимо от точката в пространството, където се зареждат тестовите заряди бяха поставени последователно. Следователно съотношението F 1 /F 2 е характеристика изключително на самите заряди и по никакъв начин не зависи от полето.

Отваряне този фактнаправи възможно да се характеризира наелектризирането на телата и по-късно беше наречен електрически заряд. Така по дефиниция се получава q 1 / q 2 = F 1 / F 2, където q 1 и q 2 са големината на зарядите, поставени в една точка на полето, а F 1 и F 2 са силите, действащи върху зарядите от терена.

От такива съображения бяха експериментално установени величините на зарядите на различни частици. Условно поставяне в съотношението един от тестовите заряди равно на едно, можете да изчислите стойността на друг заряд, като измерите съотношението F 1 /F 2 .

Всяко електрическо поле може да се характеризира с познат заряд. Така силата, действаща върху единичен тестов заряд в покой, се нарича сила на електрическото поле и се означава с E. От дефиницията на заряда получаваме, че векторът на силата има следния вид: E = F/q.

Свързване на вектори j и E. Друга форма на закона на Ом

Също така имайте предвид, че определението за съпротивление на цилиндъра може да бъде обобщено за проводници, изработени от същия материал. В този случай площта на напречното сечение от формулата за съпротивление ще бъде равна на напречното сечение на проводника, а l - неговата дължина.