Što je ohmski otpor. Električni otpor - Hipermarket znanja

Otpor vodiča - sposobnost materijala da se odupre strujanju električna struja. Uključujući slučaj kožnog efekta izmjeničnih visokofrekventnih napona.

Fizičke definicije

Materijali su podijeljeni u klase prema otpornosti. Vrijednost koja se razmatra - otpornost - smatra se ključnom, omogućit će gradaciju svih tvari koje se nalaze u prirodi:

Vodiči - materijali otpornosti do 10 μΩ m. Odnosi se na većinu metala, grafit.
Dielektrici - otpornost 100 MΩ m - 10 PΩ m. Prefiks Peta se koristi u kontekstu petnaestog stupnja desetice.
Poluvodiči su skupina električnih materijala čija otpornost varira od vodiča do dielektrika.

Otpornost se naziva, što vam omogućuje da okarakterizirate parametre žice rezane duljine 1 metar, područje 1 četvorni metar. Većinu vremena je teško koristiti brojeve. Poprečni presjek pravog kabela je mnogo manji. Na primjer, za PV-3, područje je nekoliko desetaka milimetara. Izračun je pojednostavljen ako koristite jedinice oma sq. mm / m (vidi sliku).

Otpornost metala

Otpornost je označena grčko pismo"ro", da biste dobili indeks otpora, pomnožite vrijednost s duljinom, dijeleći s površinom uzorka. Pretvorba između standardnih mjernih jedinica Ohm m koji se češće koristi za izračun pokazuje: odnos se uspostavlja kroz šestu potenciju desetice. Ponekad će biti moguće pronaći podatke o otpornosti bakra među tabličnim vrijednostima:

168 μΩ m;
0,00175 ohma sq. mmm

Lako je provjeriti da se brojevi razlikuju za oko 4%, uvjerite se bacanjem jedinica. To znači da su brojke dane za razred bakra. Ako su potrebni točni izračuni, pitanje se navodi dodatno, posebno. Podaci o otpornosti uzorka dobivaju se čisto empirijski. Komad žice poznatog poprečnog presjeka, duljine spojen je na kontakte multimetra. Da biste dobili odgovor, morate podijeliti očitanja s duljinom uzorka, pomnožiti s površinom poprečnog presjeka. U testovima bi se trebao odabrati uzorak koji je vjerodostojniji, minimizirajući pogrešku. Značajan dio testera je obdaren nedovoljnom preciznošću za dobivanje valjanih vrijednosti.

Dakle, onima koji se boje fizičara, koji očajnički žele savladati kineske multimetre, nezgodno je raditi s otporom. Mnogo je lakše uzeti gotov rez (veće duljine), procijeniti parametar punog komada. U praksi, Ohmovi razlomci igraju malu ulogu, te se radnje izvode za procjenu gubitaka. Izravno određen aktivnim otporom dijela kruga i kvadratno ovisi o struji. S obzirom na navedeno, napominjemo: vodiči u elektrotehnici obično se dijele u dvije kategorije prema primjenjivosti:

Materijali visoke vodljivosti, visoke otpornosti. Prvi se koriste za stvaranje kabela, drugi - otpori (otpornici). U tablicama nema jasne razlike, uzima se u obzir praktičnost. Srebro s malim otporom uopće se ne koristi za stvaranje žica, rijetko za kontakte uređaja. Iz očitih razloga.
Legure visoke elastičnosti koriste se za stvaranje fleksibilnih dijelova koji nose struju: opruge, radni dijelovi kontaktora. Otpor obično treba svesti na minimum. Jasno je da je obični bakar, koji ima visok stupanj plastičnosti, u osnovi neprikladan za te svrhe.
Legure s visokim ili niskim koeficijentom toplinske ekspanzije. Prvi služe kao osnova za stvaranje bimetalnih ploča koje strukturno služe kao osnova. Potonji čine skupinu legura invara. Često je potrebno tamo gdje je važno geometrijski oblik. Na držačima niti (zamjena skupog volframa) i vakuumsko nepropusnim spojevima na spoju sa staklom. Ali još češće, legure Invara nemaju nikakve veze s električnom energijom, koriste se kao dio alatnih strojeva i uređaja.

Formula za povezivanje otpora s omskim

Fizičke osnove električne vodljivosti

Otpor vodiča prepoznaje se kao inverzna električna vodljivost. U suvremenoj teoriji nije temeljito utvrđeno kako se odvija proces sadašnje generacije. Fizičari često udaraju u zid, promatrajući fenomen koji se nikako nije mogao objasniti sa stajališta prethodno iznesenih koncepata. Danas se teorija bendova smatra dominantnom. Potrebno je dati kratak izlet u razvoj ideja o strukturi materije.

U početku se pretpostavljalo da je tvar predstavljena pozitivno nabijenom tvari, u njoj lebde elektroni. Tako je mislio zloglasni lord Kelvin (rođen Thomson), po kojem je jedinica mjerenja apsolutne temperature dobila ime. Po prvi put je napravio pretpostavku o planetarnoj strukturi atoma Rutherford. Teorija, iznesena 1911., temeljila se na činjenici da su alfa zračenje odbijale tvari velike disperzije (pojedinačne čestice mijenjale su kut leta za vrlo značajnu količinu). Na temelju postojećih preduvjeta, autor je zaključio da je pozitivni naboj atoma koncentriran unutar malog prostora prostora, koji se naziva jezgra. Činjenica pojedinačnih slučajeva jakog odstupanja kuta leta posljedica je činjenice da je put čestice išao u neposrednoj blizini jezgre.

Tako su postavljene granice geometrijskih dimenzija pojedinačni elementi i za različite tvari. Zaključili smo da promjer zlatne jezgre stane u područje od 15 sati (pico je prefiks negativnoj dvanaestoj potenciji desetice). Daljnji razvoj Teoriju strukture tvari proveo je Bohr 1913. godine. Na temelju promatranja ponašanja vodikovih iona zaključio je da je naboj atoma jedinica, a utvrđeno je da je masa otprilike jedna šesnaestina težine kisika. Bohr je sugerirao da se elektron drži silama privlačenja koje je odredio Coulomb. Stoga, nešto sprječava da padne na jezgru. Bohr je sugerirao da je za to kriva centrifugalna sila koja proizlazi iz rotacije čestice u orbiti.

Važnu dopunu rasporeda napravio je Sommerfeld. Dopuštena eliptičnost orbita, uvedene dvije kvantnim brojevima opisivanje putanje – n i k. Bohr je primijetio da Maxwellova teorija za model nije uspjela. Čestica koja se kreće mora stvarati magnetsko polje u svemiru, tada bi elektron postupno padao na jezgru. Stoga moramo priznati: postoje orbite na kojima se ne događa zračenje energije u svemir. Lako je vidjeti: pretpostavke su međusobno proturječne, još jednom podsjećajući: otpor vodiča, kao fizička veličina, fizičari danas nisu u stanju objasniti.

Zašto? Zonska teorija je za osnovu odabrala Bohrove postulate koji kažu: položaji orbita su diskretni, izračunati su unaprijed, geometrijski parametri su povezani nekim relacijama. Zaključke znanstvenika morala je nadopuniti valna mehanika, budući da je matematički modeli bili nemoćni da objasne neke pojave. Moderna teorija kaže: za svaku tvar postoje tri zone u stanju elektrona:

Valentni pojas elektrona snažno vezan za atome. Za prekid veze potrebno je puno energije. Elektroni valentnog pojasa ne sudjeluju u provođenju.
Vodljivi pojas, elektroni, kada se u tvari pojavi jakost polja, tvore električnu struju (uređeno kretanje nositelja naboja).
Zabranjena zona je područje energetskih stanja gdje elektroni ne mogu biti u normalnim uvjetima.

Jungovo neobjašnjivo iskustvo

Prema teoriji pojasa, vodljivi pojas vodiča preklapa se s valentnim pojasom. Nastaje oblak elektrona koji se lako odnese napetošću električno polje, tvoreći struju. Zbog toga je otpor vodiča tako mali. Štoviše, znanstvenici ulažu uzaludne napore da objasne što je elektron. Poznato je samo da elementarna čestica pokazuje valna i korpuskularna svojstva. Heisenbergov princip nesigurnosti stavlja činjenice na mjesto: nemoguće je sa 100% vjerojatnošću istovremeno odrediti položaj elektrona i energije.

Što se tiče empirijskog dijela, znanstvenici su primijetili da Youngov eksperiment s elektronima daje zanimljiv rezultat. Znanstvenik je prošao struju fotona kroz dva bliska proreza štita, dobiven je interferentni uzorak, sastavljen od niza rubova. Predložili su da se napravi test s elektronima, dogodio se kolaps:

Ako elektroni prolaze u snopu, zaobilazeći dva proreza, formira se interferentni uzorak. Kao da se fotoni kreću.
Ako se elektroni ispaljuju jedan po jedan, ništa se ne mijenja. Dakle... jedna se čestica reflektira od sebe, postoji odjednom na više mjesta?
Tada su počeli pokušavati fiksirati trenutak kada je elektron prošao kroz ravninu štita. I… uzorak interferencije je nestao. Nasuprot pukotinama bila su dva mjesta.

Učinak je nemoćan za objasniti znanstvena točka vizija. Ispada da elektroni "pogađaju" o promatranju u tijeku, prestaju pokazivati valna svojstva. Pokazuje ograničenja modernih ideja fizike. Bilo bi lijepo da možete uživati! Drugi čovjek znanosti predložio je promatranje čestica kada su već prošle kroz jaz (leteći u određenom smjeru). I što? Opet, elektroni više ne pokazuju valna svojstva.

Ispada, elementarne čestice vratio se u prošlost. U trenutku kad su prošli jaz. Prodro u misterij budućnosti, znajući hoće li biti nadzora. Ponašanje se prilagođavalo ovisno o činjenici. Jasno je da odgovor ne može biti pravi pogodak. Misterij još čeka da bude riješen. Inače, Einsteinova teorija, iznesena početkom 20. stoljeća, sada je opovrgnuta: pronađene su čestice čija je brzina veća od brzine svjetlosti.

Kako nastaje otpor vodiča?

Moderni pogledi kažu: slobodni elektroni kreću se duž vodiča brzinom od oko 100 km / s. Pod djelovanjem polja koje nastaje unutra, zanos se naređuje. Brzina kretanja nosača duž linija napetosti je mala, nekoliko centimetara u minuti. Tijekom kretanja elektroni se sudaraju s atomima kristalne rešetke, određena količina energije se pretvara u toplinu. A mjera ove transformacije obično se naziva otpor vodiča. Što je više to više električna energija pretvara u toplinu. Ovo je princip rada grijača.

Paralelno s kontekstom je numerički izraz vodljivosti materijala, što se može vidjeti na slici. Da biste dobili otpor, potrebno je jedinicu podijeliti navedenim brojem. Tijek daljnjih transformacija raspravlja se gore. Vidi se da otpor ovisi o parametrima - temperaturnom kretanju elektrona i duljini njihovog slobodnog puta, što izravno dovodi do strukture kristalna rešetka tvari. Objašnjenje - otpor vodiča je različit. Bakar ima manje aluminija.

§ petnaest. Električni otpor

Usmjereno kretanje električnih naboja u bilo kojem vodiču ometaju molekule i atomi ovog vodiča. Stoga i vanjski dio kruga i unutarnji (unutar samog izvora energije) ometaju prolaz struje. Vrijednost koja karakterizira otpor električnog kruga prolasku električne struje naziva se električni otpor.
Izvor električne energije, uključen u zatvoreni električni krug, troši energiju za prevladavanje otpora vanjskih i unutarnjih krugova.
Električni otpor se označava slovom r i prikazan je na dijagramima kao što je prikazano na sl. 14, a.

Jedinica otpora je ohm. Ohm naziva se električni otpor takvog linearnog vodiča u kojem, uz konstantnu razliku potencijala od jednog volta, teče struja od jednog ampera, t.j.

Pri mjerenju visokih otpora koriste se jedinice od tisuću i milijun puta više oma. Zovu se kiloom ( com) i megohm ( Mama), 1 com = 1000 ohm; 1 Mama = 1 000 000 ohm.
NA razne tvari sadrži različit broj slobodnih elektrona, a atomi između kojih se ti elektroni kreću imaju drugačiji raspored. Stoga otpor vodiča na električnu struju ovisi o materijalu od kojeg su izrađeni, o duljini i površini. presjek dirigent. Ako se uspoređuju dva vodiča od istog materijala, onda duži vodič ima veći otpor pri jednake površine presjecima, a vodič velikog presjeka ima manji otpor na jednakim duljinama.
Za relativnu ocjenu električnih svojstava materijala vodiča služi njegova otpornost. Otpornost je otpor metalnog vodiča duljine 1 m i površina poprečnog presjeka 1 mm 2; označava se slovom ρ, a mjeri se u
Ako vodič izrađen od materijala otpornosti ρ ima duljinu l metara i površine presjeka q kvadratnih milimetara, zatim otpor ovog vodiča

Formula (18) pokazuje da je otpor vodiča izravno proporcionalan otpornosti materijala od kojeg je izrađen, kao i njegovoj duljini, a obrnuto proporcionalan površini presjeka.
Otpor vodiča ovisi o temperaturi. Otpor metalnih vodiča raste s porastom temperature. Ova ovisnost je prilično komplicirana, ali unutar relativno uskog raspona temperaturnih promjena (do oko 200 °C) možemo pretpostaviti da za svaki metal postoji određeni, tzv. temperaturni, koeficijent otpora (alfa), koji izražava povećanje otpora vodiča Δ r kada se temperatura promijeni za 1°C, navedeno u 1 ohm početni otpor.
Dakle, temperaturni koeficijent otpora

i povećanje otpora

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

gdje r 1 - otpor vodiča na temperaturi T 1 ;
r 2 - otpor istog vodiča na temperaturi T 2 .
Objasnimo na primjeru izraz za temperaturni koeficijent otpora. Pretpostavimo da je bakrena linearna žica na temperaturi T 1 = 15° ima otpor r 1 = 50 ohm, i na temperaturi T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Stoga je povećanje otpora kada se temperatura promijeni za 75 - 15 \u003d 60 ° 62 - 50 \u003d 12 ohm. Dakle, povećanje otpora koje odgovara promjeni temperature za 1 ° jednako je:

Temperaturni koeficijent otpora za bakar jednak je povećanju otpora podijeljenom s 1 ohm početni otpor, tj. podijeljen s 50:

Na temelju formule (20) moguće je utvrditi odnos između otpora r 2 i r 1:

(21)

Treba imati na umu da je ova formula samo približan izraz ovisnosti otpora o temperaturi i ne može se koristiti za mjerenje otpora na temperaturama većim od 100 °C.
Podesivi otpori se nazivaju reostati(slika 14, b). Reostati se izrađuju od žice s visokim otporom, kao što je nihrom. Otpor reostata može varirati ravnomjerno ili u koracima. Koriste se i tekući reostati, koji su metalna posuda napunjena nekom vrstom otopine koja provodi električnu struju, na primjer, otopinom sode u vodi.
Sposobnost vodiča da prođe električnu struju karakterizira vodljivost, koja je recipročna otpora, a označena je slovom g. SI jedinica za vodljivost je (siemens).

Dakle, odnos između otpora i vodljivosti vodiča je sljedeći.

Električni otpor je svaki otpor koji detektira struju pri prolasku kroz zatvoreni krug, slabeći ili inhibirajući slobodan protok električnih naboja.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Mjerenje otpora multimetrom" width="600" height="490">!}

Mjerenje otpora multimetrom

Fizički koncept otpora

Elektroni, kada prolaze struju, kruže u vodiču na organiziran način prema otporu na koji nailaze na putu. Što je ovaj otpor manji, to je veći postojeći poredak u mikrokozmosu elektrona. Ali kada je otpor velik, počinju se sudarati jedni s drugima i lučiti Termalna energija. S tim u vezi, temperatura vodiča uvijek lagano raste, za veću količinu, što su elektroni veći otpor svom kretanju.

Korišteni materijali

Svi poznati metali su manje-više otporni na prolazak struje, uključujući i najbolje vodiče. Zlato i srebro imaju najmanji otpor, ali su skupi, pa je najčešće korišteni materijal bakar koji ima visoku električnu vodljivost. Aluminij se koristi u manjem obimu.

Nikromirana žica ima najveći otpor prolasku struje (legura nikla (80%) i kroma (20%)). Široko se koristi u otpornicima.

Drugi široko korišteni materijal otpornika je ugljik. Od njega se izrađuju fiksni otpori i reostati za korištenje u elektronički sklopovi. Fiksni otpornici i potenciometri se koriste za kontrolu vrijednosti struje i napona, na primjer, kada se kontrolira glasnoća i ton audio pojačala.

Proračun otpora

Za izračunavanje vrijednosti otpora opterećenja koristi se formula izvedena iz Ohmovog zakona kao glavna ako su poznate vrijednosti struje i napona:

Jedinica mjere je Ohm.

Za serijska veza otpornika, ukupni otpor se nalazi zbrajanjem pojedinačnih vrijednosti:

R = R1 + R2 + R3 + …..

Na paralelna veza koristi se izraz:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

I kako pronaći električni otpor žice, s obzirom na njezine parametre i materijal proizvodnje? Za to postoji još jedna formula otpora:

R \u003d ρ x l / S, gdje je:

l je duljina žice,
S su dimenzije njegovog presjeka,
ρ je specifični volumni otpor materijala žice.

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">

Formula otpora

Geometrijske dimenzije žice mogu se izmjeriti. Ali da biste izračunali otpor pomoću ove formule, morate znati koeficijent ρ.

Važno! pobijediti vrijednosti volumni otpor je već izračunat za različitih materijala i sažeto u posebne tablice.

Vrijednost koeficijenta omogućuje vam usporedbu otpora različiti tipovi vodiča na zadanoj temperaturi u skladu s njihovim fizikalna svojstva bez obzira na veličinu. To se može ilustrirati primjerima.

Primjer proračuna električnog otpora bakrene žice, 500 m dužine:

Ako su dimenzije presjeka žice nepoznate, možete izmjeriti njegov promjer pomoću čeljusti. Recimo da je 1,6 mm;
Prilikom izračunavanja površine poprečnog presjeka koristi se formula:

Tada je S = 3,14 x (1,6 / 2)² = 2 mm²;

Prema tablici, pronašli smo vrijednost ρ za bakar, jednaku 0,0172 Ohm x m / mm²;
Sada će električni otpor izračunatog vodiča biti:

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

Još jedan primjer– nikromska žica poprečnog presjeka 0,1 mm², duljine 1 m:

Indeks ρ za nihrom je 1,1 Ohm x m / mm²;
R \u003d ρ x l / S \u003d 1,1 x 1 / 0,1 = 11 ohma.

Dva primjera jasno pokazuju da nikromna žica duga metar 20 puta manjeg presjeka ima električni otpor 2,5 puta veći od 500 metara bakrene žice.

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

Otpornost nekih metala

Važno! Na otpor utječe temperatura, s čijim porastom raste i, obrnuto, opada sa smanjenjem.

Impedancija

Impedancija je općenitiji izraz za otpor koji uzima u obzir reaktivno opterećenje. Proračun otpora petlje naizmjenična struja je izračunati impedanciju.

Dok otpornik pruža otpor za određenu svrhu, reaktivni je nesretni nusproizvod nekih komponenti električnog kruga.

Dvije vrste reaktancije:

Induktivna. Izrađen od zavojnica. Formula za izračun:

X (L) = 2π x f x L, gdje je:

f je trenutna frekvencija (Hz),
L - induktivitet (H);

Kapacitet. Stvaraju kondenzatori. Izračunato prema formuli:

X (C) = 1/(2π x f x C),

gdje je C kapacitivnost (F).

Kao i njegov aktivni pandan, reaktancija se izražava u omima i također ograničava protok struje kroz petlju. Ako u krugu postoje i kapacitivnost i induktor, tada je ukupni otpor:

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

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

Aktivna, induktivna i kapacitivna reaktancija

Važno! Iz reaktivnog opterećenja slijede formule zanimljive značajke. S povećanjem frekvencije izmjenične struje i induktiviteta, X (L) raste. Suprotno tome, što je veća frekvencija i kapacitet, to je manji X (C).

Pronalaženje impedancije (Z) nije jednostavan dodatak aktivnih i reaktivnih komponenti:

Z = √ (R² + X²).

Primjer 1

Zavojnica u krugu sa strujom frekvencije snage ima aktivni otpor od 25 Ohma i induktivitet od 0,7 H. Možete izračunati impedanciju:

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

tg φ \u003d X (L) / R \u003d 218,45 / 25 \u003d 8,7.

Kut φ je približno jednak 83 stupnja.

Primjer 2

Postoji kondenzator kapaciteta 100 mikrofarada i unutarnji otpor od 12 ohma. Možete izračunati impedanciju:

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

Na internetu možete pronaći online kalkulator za pojednostavljenje izračuna otpora i impedancije cijelog električnog kruga ili njegovih dijelova. Tamo samo trebate zadržati svoje izračunate podatke i zabilježiti rezultate izračuna.

Video

Pojam električnog otpora i vodljivosti

Svako tijelo kroz koje teče električna struja ima određeni otpor. Svojstvo materijala vodiča da spriječi prolaz električne struje kroz njega naziva se električni otpor.

Elektronička teorija na ovaj način objašnjava bit električnog otpora metalnih vodiča. Kada se kreću duž vodiča, slobodni elektroni na svom putu nebrojeno puta nailaze na atome i druge elektrone i, u interakciji s njima, neizbježno gube dio svoje energije. Elektroni takoreći doživljavaju otpor svom kretanju. Razni metalni vodiči koji imaju različite atomska struktura, imaju različit otpor na električnu struju.

Točno isto objašnjava otpor tekućih vodiča i plinova na prolaz električne struje. Međutim, ne treba zaboraviti da se u tim tvarima ne susreću elektroni, već nabijene čestice molekula tijekom svog kretanja.

Otpor je označen latiničnim slovima R ili r.

Kao jedinica električnog otpora uzima se ohm.

Ohm je otpor živinog stupa visine 106,3 cm s poprečnim presjekom od 1 mm2 pri temperaturi od 0 °C.

Ako je, na primjer, električni otpor vodiča 4 oma, tada se piše na sljedeći način: R = 4 oma ili r = 4 oma.

Za mjerenje otpora velike vrijednosti usvaja se jedinica koja se zove megohm.

Jedan meg jednak je milijun oma.

Što je veći otpor vodiča, lošije provodi električnu struju, i, obrnuto, što je otpor vodiča manji, to je struja lakše prolaziti kroz ovaj vodič.

Stoga se za karakterizaciju vodiča (u smislu prolaska električne struje kroz njega) može uzeti u obzir ne samo njegov otpor, već i recipročan otpor i naziva se vodljivost.

električna provodljivost Sposobnost materijala da propušta električnu struju kroz sebe naziva se.

Budući da je vodljivost recipročna vrijednost otpora, izražava se kao 1/R, vodljivost se označava latinično slovo g.

Utjecaj materijala vodiča, njegove dimenzije i sobna temperatura na vrijednost električnog otpora

Otpor različitih vodiča ovisi o materijalu od kojeg su izrađeni. Za karakterizaciju električnog otpora raznih materijala uveo koncept otpornosti tzv.

Otpornost je otpor vodiča duljine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 mm2. Otpornost se označava grčkim slovom p. Svaki materijal od kojeg je izrađen vodič ima svoju otpornost.

Na primjer, otpornost bakra je 0,017, odnosno bakreni vodič duljine 1 m i presjeka 1 mm2 ima otpor od 0,017 oma. Otpornost aluminija je 0,03, otpornost željeza je 0,12, otpornost konstantana je 0,48, otpornost nikroma je 1-1,1.

Otpor vodiča izravno je proporcionalan njegovoj duljini, odnosno, što je vodič duži, veći je njegov električni otpor.

Otpor vodiča obrnuto je proporcionalan površini njegovog poprečnog presjeka, odnosno što je vodič deblji, to mu je otpor manji, i obrnuto, što je vodič tanji, to mu je otpor veći.

Da biste bolje razumjeli ovaj odnos, zamislite dva para komunikacijskih žila, pri čemu jedan par žila ima tanku spojnu cijev, a drugi debelu. Jasno je da kada se jedna od posuda (svaki par) napuni vodom, njezin prijelaz u drugu posudu kroz debelu cijev će se dogoditi mnogo brže nego kroz tanku, tj. debela će cijev pružiti manji otpor protoku voda. Jednako tako, električna struja lakše prolazi kroz debeli vodič nego kroz tanak, odnosno prvi mu pruža manji otpor od drugog.

Električni otpor vodiča jednak je specifičnom otporu materijala od kojeg je ovaj vodič napravljen, pomnoženom s duljinom vodiča i podijeljenom s površinom površine poprečnog presjeka vodiča:

R = R l / S,

Gdje - R - otpor vodiča, ohm, l - duljina vodiča u m, S - površina poprečnog presjeka vodiča, mm 2.

Površina poprečnog presjeka okruglog vodiča izračunato po formuli:

S = π d 2 / 4

Gdje je π - konstantna vrijednost jednaka 3,14; d je promjer vodiča.

I tako je određena duljina vodiča:

l = S R / p ,

Ova formula omogućuje određivanje duljine vodiča, njegovog presjeka i otpornosti, ako su poznate druge veličine uključene u formulu.

Ako je potrebno odrediti površinu poprečnog presjeka vodiča, formula se svodi na sljedeći oblik:

S = R l / R

Transformirajući istu formulu i rješavajući jednakost s obzirom na p, nalazimo otpor vodiča:

R = R S / l

Posljednju formulu treba koristiti u slučajevima kada su otpor i dimenzije vodiča poznati, a njegov materijal nepoznat i, štoviše, teško ga je odrediti pomoću izgled. Da biste to učinili, potrebno je odrediti otpor vodiča i pomoću tablice pronaći materijal koji ima takvu otpornost.

Drugi razlog koji utječe na otpor vodiča je temperatura.

Utvrđeno je da s porastom temperature otpor metalnih vodiča raste, a opada s padom. Ovo povećanje ili smanjenje otpora za čiste metalne vodiče je gotovo isto i u prosjeku iznosi 0,4% po 1°C. Otpor tekućih vodiča i ugljena opada s porastom temperature.

Elektronička teorija strukture tvari daje sljedeće objašnjenje za povećanje otpora metalnih vodiča s povećanjem temperature. Kada se zagrije, vodič prima toplinsku energiju, koja se neizbježno prenosi na sve atome tvari, zbog čega se povećava intenzitet njihovog kretanja. Povećano kretanje atoma stvara veći otpor usmjerenom kretanju slobodnih elektrona, zbog čega raste otpor vodiča. Kako temperatura pada, postoje Bolji uvjeti za usmjereno kretanje elektrona, a otpor vodiča se smanjuje. Ovo objašnjava zanimljiv fenomen - supravodljivost metala.

Supervodljivost, tj. smanjenje otpora metala na nulu, događa se s ogromnim negativna temperatura- 273° C, naziva se apsolutna nula. Na temperaturi od apsolutne nule, čini se da se atomi metala smrzavaju na mjestu, a da uopće ne ometaju kretanje elektrona.

Ohmov zakon je osnovni zakon električnih krugova. Ujedno nam omogućuje da objasnimo mnoge prirodne pojave. Na primjer, može se razumjeti zašto struja ne "pobijedi" ptice koje sjede na žicama. Za fiziku je Ohmov zakon izuzetno značajan. Bez njegovog znanja bilo bi nemoguće stvoriti stabilne električne krugove ili uopće ne bi bilo elektronike.

Ovisnost I = I(U) i njezina vrijednost

Povijest otkrića otpornosti materijala izravno je povezana sa strujno-naponskom karakteristikom. Što je? Uzmimo krug s konstantnom električnom strujom i razmotrimo bilo koji od njegovih elemenata: svjetiljku, plinsku cijev, metalni vodič, tikvicu s elektrolitom itd.

Promjenom napona U (često nazivanog V) primijenjenog na dotični element, pratit ćemo promjenu jačine struje (I) koja prolazi kroz njega. Kao rezultat toga, dobit ćemo ovisnost oblika I \u003d I (U), koja se naziva "naponska karakteristika elementa" i izravni je pokazatelj njegovih električnih svojstava.

Volt-amperska karakteristika može izgledati drugačije za različite elemente. Njegov najjednostavniji oblik dobiva se razmatranjem metalnog vodiča, što je učinio Georg Ohm (1789. - 1854.).

Strujna-naponska karakteristika je linearni odnos. Stoga je njegov graf ravna linija.

Zakon u svom najjednostavnijem obliku

Ohmova istraživanja strujno-naponskih karakteristika vodiča pokazala su da je jakost struje unutar metalnog vodiča proporcionalna razlici potencijala na njegovim krajevima (I ~ U) i obrnuto proporcionalna određenom koeficijentu, odnosno I ~ 1/R. Taj se koeficijent počeo nazivati "otporom vodiča", a jedinica mjerenja električnog otpora bila je Ohm ili V/A.

Vrijedi napomenuti još jednu stvar. Ohmov zakon se često koristi za izračunavanje otpora u krugovima.

Tekst zakona

Ohmov zakon kaže da je jačina struje (I) jednog dijela strujnog kruga proporcionalna naponu u ovom dijelu i obrnuto proporcionalna njegovom otporu.

Treba napomenuti da u ovom obliku zakon ostaje istinit samo za homogeni dio lanca. Homogen je onaj dio električnog kruga koji ne sadrži izvor struje. Kako koristiti Ohmov zakon u nehomogenom krugu bit će razmotreno u nastavku.

Kasnije je eksperimentalno utvrđeno da zakon ostaje na snazi za otopine elektrolita u električnom krugu.

Fizičko značenje otpora

Otpor je svojstvo materijala, tvari ili medija koji sprječavaju prolaz električne struje. Kvantitativno, otpor od 1 ohma znači da u vodiču može proći električna struja od 1 A pri naponu od 1 V na njegovim krajevima.

Specifični električni otpor

Eksperimentalno je utvrđeno da otpor električne struje vodiča ovisi o njegovim dimenzijama: duljini, širini, visini. A također i na njegov oblik (sfera, cilindar) i materijal od kojeg je izrađen. Dakle, formula za otpornost, na primjer, homogenog cilindričnog vodiča bit će: R \u003d p * l / S.

Ako u ovu formulu stavimo s \u003d 1 m 2 i l \u003d 1 m, tada će R biti numerički jednak p. Odavde se izračunava mjerna jedinica za koeficijent otpornosti vodiča u SI - to je Ohm * m.

U formuli otpora, p je koeficijent otpora zadan pomoću kemijska svojstva materijal od kojeg je napravljen vodič.

Da bismo razmotrili diferencijalni oblik Ohmovog zakona, potrebno je razmotriti još nekoliko pojmova.

Kao što znate, električna struja je strogo uređeno kretanje bilo koje nabijene čestice. Na primjer, u metalima su nosioci struje elektroni, a u vodljivim plinovima ioni.

Uzmimo trivijalni slučaj kada su svi nosioci struje homogeni - metalni vodič. Mentalno izdvojimo beskonačno mali volumen u ovom vodiču i označimo s u prosječnu (pokretnu, uređenu) brzinu elektrona u zadanom volumenu. Nadalje, neka n označava koncentraciju nositelja struje po jedinici volumena.

Sada nacrtajmo beskonačno malo područje dS okomito na vektor u i konstruirajmo duž brzine beskonačno mali cilindar visine u*dt, gdje dt označava vrijeme potrebno da svi nosioci struje koji se nalaze u razmatranom volumenu prođu kroz područje dS.

U ovom slučaju, naboj jednak q \u003d n * e * u * dS * dt prenijet će elektroni kroz područje, gdje je e naboj elektrona. Dakle, gustoća električne struje je vektor j = n * e * u, koji označava količinu naboja prenesenog u jedinici vremena kroz jediničnu površinu.

Jedna od prednosti diferencijalne definicije Ohmovog zakona je da se često može proći bez izračunavanja otpora.

Električno punjenje. Jačina električnog polja

Jačina polja zajedno sa električno punjenje je temeljni parametar u teoriji elektriciteta. Istodobno se može dobiti njihov kvantitativni prikaz jednostavni eksperimenti dostupni studentima.

Radi jednostavnosti zaključivanja, razmotrit ćemo elektrostatičko polje. Ovo je električno polje, koji se ne mijenja s vremenom. Takvo polje mogu stvoriti stacionarni električni naboji.

Također, za naše potrebe potrebna je probna naplata. U svom kapacitetu koristit ćemo nabijeno tijelo – toliko malo da nije sposobno izazvati nikakve smetnje (preraspodjelu naboja) u okolnim objektima.

Razmotrimo redom dva uzeta ispitna naboja, sukcesivno postavljena u jednu točku u prostoru, koja je pod utjecajem elektrostatičkog polja. Ispada da će optužbe biti podvrgnute vremenski nepromjenjivom utjecaju s njegove strane. Neka su F 1 i F 2 sile koje djeluju na naboje.

Kao rezultat generalizacije eksperimentalnih podataka, utvrđeno je da su sile F 1 i F 2 usmjerene u jednom ili u suprotnim smjerovima, a njihov omjer F 1 /F 2 ne ovisi o točki u prostoru gdje se ispitni naboji bili naizmjenično postavljeni. Posljedično, omjer F 1 /F 2 je karakteristika isključivo samih naboja i ni na koji način ne ovisi o polju.

Otvor ova činjenica omogućio je karakterizaciju naelektrisanja tijela i kasnije je nazvan električnim nabojem. Dakle, prema definiciji, dobiva se q 1 / q 2 \u003d F 1 / F 2, gdje su q 1 i q 2 veličina naboja postavljenih u jednoj točki polja, a F 1 i F 2 su sile koje djeluju na optužbe s terena.

Iz takvih razmatranja eksperimentalno su utvrđene veličine naboja raznih čestica. Uvjetno stavljajući u omjer jedan od ispitnih naboja jednako jednom, možete izračunati vrijednost drugog naboja mjerenjem omjera F 1 /F 2 .

Svako električno polje može se okarakterizirati u terminima poznatog naboja. Dakle, sila koja djeluje na jedinični ispitni naboj u mirovanju naziva se jakost električnog polja i označava se s E. Iz definicije naboja dobivamo da vektor jakosti ima sljedeći oblik: E = F/q.

Veza vektora j i E. Drugi oblik Ohmova zakona

Također imajte na umu da se definicija otpornosti cilindra može generalizirati na žice izrađene od istog materijala. U ovom slučaju, površina poprečnog presjeka iz formule otpornosti bit će jednaka poprečnom presjeku žice, a l - njegovoj duljini.