Mi az ohm ellenállás. Elektromos ellenállás - Tudáshipermarket

Vezető ellenállás - az anyag azon képessége, hogy ellenálljon az áramlásnak elektromos áram. Beleértve a váltakozó nagyfrekvenciás feszültségek bőrhatásának esetét.

Fizikai meghatározások

Az anyagokat az ellenállás szerint osztályokra osztják. A figyelembe vett értéket - az ellenállást - tekintik kulcsfontosságúnak, ez lehetővé teszi a természetben található összes anyag gradációját:

Vezetők - 10 μΩ m-ig terjedő ellenállású anyagok A legtöbb fémre, grafitra vonatkozik.
Dielektrikumok - fajlagos ellenállás 100 MΩ m - 10 PΩ m A Peta előtag a tíz tizenötödik fokával összefüggésben használatos.
A félvezetők olyan elektromos anyagok csoportja, amelyek ellenállása a vezetőktől a dielektrikumokig terjed.

Az ellenállást nevezik, amely lehetővé teszi egy 1 méter hosszú, 1 területű huzal paramétereinek jellemzését. négyzetméter. A legtöbbször nehéz a számokat használni. A valódi kábel keresztmetszete sokkal kisebb. Például a PV-3 esetében a terület több tíz milliméter. A számítás leegyszerűsödik, ha az Ohm négyzetméter / m mértékegységet használja (lásd az ábrát).

Fémek ellenállása

Az ellenállást jelöljük görög levél"ro", hogy megkapja az ellenállási indexet, szorozza meg az értéket a hosszával, elosztva a minta területével. A számításokhoz gyakrabban használt szabványos mértékegységek Ohm m átváltása azt mutatja, hogy a kapcsolat a tíz hatodik hatványán keresztül jön létre. Néha a réz fajlagos ellenállására vonatkozó információkat találhatunk a táblázatos értékek között:

168 μΩ m;
0,00175 ohm négyzetméter MMM.

Könnyen megbizonyosodhat arról, hogy a számok körülbelül 4%-kal térnek el egymástól. Ez azt jelenti, hogy a számadatok a réz minőségére vonatkoznak. Ha pontos számításokra van szükség, a kérdést külön, külön adjuk meg. A minta ellenállására vonatkozó információkat tisztán empirikusan nyerjük. Egy ismert keresztmetszetű, hosszúságú huzaldarab csatlakozik a multiméter érintkezőihez. A válaszhoz el kell osztani a mért értékeket a minta hosszával, meg kell szorozni a keresztmetszeti területtel. A teszteknél feltehetően hitelesebb mintát kell választani, minimalizálva a hibát. A tesztelők jelentős része nem rendelkezik kellő pontossággal ahhoz, hogy érvényes értékeket kapjon.

Tehát azoknak kényelmetlen ellenállással dolgozni, akik félnek a fizikusoktól, akik kétségbeesetten akarják elsajátítani a kínai multimétereket. Sokkal könnyebb egy kész vágást (nagyobb hosszúságú) venni, értékelni egy teljes darab paraméterét. A gyakorlatban az Ohm-törtek kis szerepet játszanak, ezeket a műveleteket a veszteségek becslésére hajtják végre. Közvetlenül az áramköri szakasz aktív ellenállása határozza meg, és négyzetesen függ az áramerősségtől. A fentiek alapján megjegyezzük: az elektrotechnikában a vezetőket az alkalmazhatóság szerint két kategóriába sorolják:

Nagy vezetőképességű, nagy ellenállású anyagok. Az előbbieket kábelek, az utóbbiak ellenállások (ellenállások) létrehozására használják. A táblázatokban nincs egyértelmű különbségtétel, a gyakorlatiasságot figyelembe veszik. Az alacsony ellenállású ezüstöt egyáltalán nem használják vezetékek létrehozására, ritkán az eszközök érintkezőihez. Nyilvánvaló okokból.
A nagy rugalmasságú ötvözetek rugalmas áramvezető alkatrészek létrehozására szolgálnak: rugók, kontaktorok munkarészei. Az ellenállást általában minimálisra kell csökkenteni. Nyilvánvaló, hogy a nagy plaszticitású közönséges réz alapvetően alkalmatlan erre a célra.
Magas vagy alacsony hőtágulási együtthatójú ötvözetek. Az előbbiek alapul szolgálnak a szerkezetileg alapjául szolgáló bimetál lemezek létrehozásához. Ez utóbbiak az invar ötvözetek csoportját alkotják. Gyakran szükséges, ahol fontos geometriai alakzat. Izzószál-tartóknál (a drága wolfram helyett) és vákuumtömör csatlakozásoknál az üveggel való találkozásnál. De még gyakrabban az Invar ötvözeteknek semmi közük az elektromossághoz, szerszámgépek és eszközök részeként használják őket.

Az ellenállás és az ohmos viszonyítási képlet

Az elektromos vezetőképesség fizikai alapjai

A vezető ellenállását az elektromos vezetőképesség inverzének tekintik. A modern elméletben nincs alaposan meghatározva, hogyan megy végbe a jelenlegi generációs folyamat. A fizikusok gyakran falba ütköznek, olyan jelenséget figyelve meg, amelyet a korábban megfogalmazott koncepciók szempontjából semmiképpen nem lehetett megmagyarázni. Ma a sávelméletet tartják dominánsnak. Rövid kirándulást kell tenni az anyag szerkezetére vonatkozó elképzelések fejlődésébe.

Kezdetben azt feltételezték, hogy az anyagot pozitív töltésű anyag képviseli, elektronok lebegnek benne. Így gondolta a hírhedt Lord Kelvin (szül. Thomson), akiről az abszolút hőmérséklet mértékegységét nevezték el. Rutherford először tett feltételezést az atomok bolygószerkezetéről. Az 1911-ben kidolgozott elmélet azon alapult, hogy az alfa-sugárzást nagy szórású anyagok terelték el (az egyes részecskék igen jelentős mértékben változtatták meg a repülési szöget). A meglévő előfeltételek alapján a szerző arra a következtetésre jutott, hogy az atom pozitív töltése a tér egy kis régiójában koncentrálódik, amelyet atommagnak nevezünk. A repülési szög erős eltérésének egyedi esetei abból fakadnak, hogy a részecske útja a mag közvetlen közelében futott.

Tehát a geometriai méretek határai meg vannak határozva egyedi elemekés azért különböző anyagok. Arra a következtetésre jutottunk, hogy az aranymag átmérője a 3 pm tartományba illeszkedik (a pico a tíz negatív tizenkettedik hatványának előtagja). További fejlődés Az anyagok szerkezetének elméletét Bohr készítette el 1913-ban. A hidrogénionok viselkedésének megfigyelése alapján arra a következtetésre jutott, hogy az atom töltése egységnyi, tömegét az oxigén körülbelül egytizenhatodaként határozták meg. Bohr azt javasolta, hogy az elektront a Coulomb által meghatározott vonzási erők tartják. Ezért valami nem esik a magra. Bohr azt javasolta, hogy a részecske keringéséből származó centrifugális erő a hibás.

Az elrendezésben fontos módosítást eszközölt Sommerfeld. Megengedte a pályák ellipticitását, kettőt vezetett be kvantumszámok a pályát leíró – n és k. Bohr észrevette, hogy Maxwell elmélete a modellre csődöt mondott. A mozgó részecskének mágneses teret kell generálnia a térben, akkor az elektron fokozatosan esne az atommagra. Ezért el kell ismernünk: vannak olyan pályák, amelyeken nem történik energia kisugárzás az űrbe. Könnyen belátható: a feltételezések ellentmondanak egymásnak, ismét emlékeztetve: a karmester ellenállása, mint fizikai mennyiség, a mai fizikusok nem tudják megmagyarázni.

Miért? A zónaelmélet a Bohr-féle posztulátumokat választotta alapul, amelyek azt mondják: a pályák helyzete diszkrét, előre kiszámított, a geometriai paramétereket valamilyen összefüggés köti össze. A tudós következtetéseit ki kellett egészíteni a hullámmechanikával, mivel a matematikai modellek tehetetlenek voltak bizonyos jelenségek magyarázatára. Modern elmélet azt mondja: minden anyaghoz három zóna van az elektronok állapotában:

Az atomokhoz erősen kötődő elektronok vegyértéksávja. Sok energiát igényel a kötelék megszakítása. A vegyértéksáv elektronjai nem vesznek részt a vezetésben.
A vezetési sáv, az elektronok, amikor egy anyagban térerő lép fel, elektromos áramot (a töltéshordozók rendezett mozgását) képeznek.
A tiltott zóna az energiaállapotok azon tartománya, ahol az elektronok nem lehetnek normál körülmények között.

Jung megmagyarázhatatlan tapasztalata

A sávelmélet szerint a vezető vezetési sávja átfedésben van a vegyértéksávval. Elektronfelhő képződik, amelyet a feszültség könnyen elvisz elektromos mező, áramot képezve. Emiatt a vezető ellenállása olyan kicsi. Ráadásul a tudósok hiábavaló erőfeszítéseket tesznek, hogy megmagyarázzák, mi is az elektron. Csak azt tudjuk, hogy egy elemi részecske hullám- és korpuszkuláris tulajdonságokat mutat. A Heisenberg-féle bizonytalansági elv a helyére teszi a tényeket: 100%-os valószínűséggel lehetetlen az elektron és az energia helyét egyszerre meghatározni.

Ami az empirikus részt illeti, a tudósok észrevették, hogy Young elektronkísérlete érdekes eredményt ad. A tudós fotonáramot bocsátott át a pajzs két szoros résén, és interferenciamintát kapott, amelyet egy sor rojt alkotott. Azt javasolták, hogy csináljanak egy tesztet elektronokkal, összeomlás történt:

Ha az elektronok egy nyalábban haladnak át, két rést megkerülve, interferenciamintázat alakul ki. Mintha a fotonok mozognának.
Ha az elektronokat egyenként lőjük ki, semmi sem változik. Ezért... egy részecske visszaverődik magáról, egyszerre több helyen is létezik?
Aztán elkezdték rögzíteni azt a pillanatot, amikor az elektron áthaladt a pajzs síkján. És… az interferencia-minta eltűnt. Két folt volt a repedésekkel szemben.

A hatást nem lehet megmagyarázni tudományos szempont látomás. Kiderült, hogy az elektronok "kitalálják" a folyamatban lévő megfigyelést, már nem mutatnak hullámtulajdonságokat. Bemutatja a fizika modern elképzeléseinek korlátait. Jó lenne, ha élveznéd! Egy másik tudós azt javasolta, hogy akkor figyeljék meg a részecskéket, amikor azok már áthaladtak a résen (egy bizonyos irányba repülve). És akkor? Az elektronok ismét nem mutatnak hullámtulajdonságokat.

Kiderül, elemi részecskék visszament az időben. Abban a pillanatban, amikor áthaladtak a résen. Behatolt a jövő rejtélyébe, tudván, lesz-e megfigyelés. A viselkedés a tények függvényében módosult. Nyilvánvaló, hogy a válasz nem lehet telitalálat. A rejtély még mindig megoldásra vár. Einstein 20. század elején előadott elméletét egyébként mára megcáfolták: olyan részecskéket találtak, amelyek sebessége meghaladja a fénysebességet.

Hogyan alakul ki a vezetők ellenállása?

A modern nézetek szerint a szabad elektronok körülbelül 100 km/s sebességgel mozognak a vezető mentén. A bent keletkező mező hatására a sodródás el van rendelve. A hordozók mozgási sebessége a feszültségvonalak mentén kicsi, néhány centiméter percenként. A mozgás során az elektronok ütköznek a kristályrács atomjaival, bizonyos mennyiségű energia hővé alakul. Ennek az átalakulásnak a mértékét pedig általában a vezető ellenállásának nevezik. Minél magasabb, annál több elektromos energia hővé alakul. Ez a fűtőberendezések működési elve.

A kontextussal párhuzamosan az anyag vezetőképességének számszerű kifejezése is látható, ami az ábrán látható. Az ellenállás eléréséhez el kell osztani az egységet a megadott számmal. A további átalakítások menetét fentebb tárgyaltuk. Látható, hogy az ellenállás a paraméterektől függ - az elektronok hőmérsékleti mozgásától és szabad útjuk hosszától, ami közvetlenül vezet a szerkezethez kristályrács anyagokat. Magyarázat - a vezetők ellenállása eltérő. A rézben kevesebb alumínium van.

15. §. Elektromos ellenállás

Az elektromos töltések irányított mozgását bármely vezetőben akadályozzák ennek a vezetőnek a molekulái és atomjai. Ezért mind az áramkör külső, mind a belső szakasza (maga az energiaforrás belsejében) zavarja az áram áthaladását. Az elektromos áramkör elektromos áram áthaladásával szembeni ellenállását jellemző értéket nevezzük elektromos ellenállás.
A zárt elektromos áramkörben lévő elektromos energiaforrás energiát fogyaszt a külső és belső áramkörök ellenállásának leküzdésére.
Az elektromos ellenállást betűvel jelöljük rábrán látható diagramokon látható. 14, a.

Az ellenállás mértékegysége az ohm. Ohm egy olyan lineáris vezető elektromos ellenállásának nevezzük, amelyben állandó, egy voltos potenciálkülönbség mellett egy amperes áram folyik, azaz.

A nagy ellenállások mérésekor ezer és milliószor több ohmot használnak. Ezeket kiloohmnak hívják ( com) és megohm ( Anya), 1 com = 1000 ohm; 1 Anya = 1 000 000 ohm.
BAN BEN különféle anyagok különböző számú szabad elektront tartalmaz, és az atomok, amelyek között ezek az elektronok mozognak, eltérő elrendezésűek. Ezért a vezetők elektromos árammal szembeni ellenállása függ az anyagtól, amelyből készültek, a hossztól és a területtől. keresztmetszet karmester. Ha két azonos anyagú vezetéket hasonlítunk össze, akkor a hosszabb vezető nagyobb ellenállással rendelkezik egyenlő területek keresztmetszetek, és egy nagy keresztmetszetű vezetőnek kisebb az ellenállása egyenlő hosszúságon.
A vezető anyagának elektromos tulajdonságainak relatív értékeléséhez annak ellenállása szolgál. Ellenállás egy 1 hosszúságú fémvezető ellenállása més keresztmetszeti terület 1 mm 2; ρ betűvel jelöljük, és mértéke
Ha egy ρ fajlagos ellenállású anyagból készült vezetőnek van egy hossza l méter és keresztmetszeti terület q négyzetmilliméter, akkor ennek a vezetőnek az ellenállása

A (18) képlet azt mutatja, hogy a vezető ellenállása egyenesen arányos annak az anyagnak az ellenállásával, amelyből készült, valamint a hosszával, és fordítottan arányos a keresztmetszeti területtel.
A vezetékek ellenállása a hőmérséklettől függ. A fémvezetők ellenállása a hőmérséklet emelkedésével nő. Ez a függőség meglehetősen bonyolult, de a hőmérséklet-változások viszonylag szűk tartományában (kb. 200 °C-ig) feltételezhetjük, hogy minden fémre van egy bizonyos, úgynevezett hőmérsékleti ellenállási együttható (alfa), amely kifejezi a a vezető ellenállásának növekedése Δ r amikor a hőmérséklet 1 °C-kal változik, az 1 ohm kezdeti ellenállás.
Így az ellenállás hőmérsékleti együtthatója

és az ellenállás növekedése

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

ahol r 1 - a vezető ellenállása hőmérsékleten T 1 ;
r 2 - ugyanazon vezető ellenállása hőmérsékleten T 2 .
Magyarázzuk meg az ellenállás hőmérsékleti együtthatójának kifejezését egy példán keresztül. Tegyük fel, hogy egy réz lineáris huzal egy hőmérsékleten T 1 = 15° ellenállással rendelkezik r 1 = 50 ohm, és olyan hőmérsékleten T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Ezért az ellenállás növekedése, ha a hőmérséklet 75–15 \u003d 60 ° -kal változik, 62–50 \u003d 12 ohm. Így a hőmérséklet 1 °-os változásának megfelelő ellenállásnövekedés egyenlő:

A réz ellenállásának hőmérsékleti együtthatója egyenlő az ellenállás növekedésének osztva 1-gyel ohm kezdeti ellenállás, azaz osztva 50-zel:

A (20) képlet alapján megállapítható az ellenállások közötti kapcsolat r 2 és r 1:

(21)

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ez a képlet csak hozzávetőlegesen kifejezi az ellenállás hőmérséklettől való függését, és nem használható 100 ° C feletti hőmérsékleten történő ellenállás mérésére.
Az állítható ellenállásokat ún reosztátok(14. ábra, b). A reosztátok nagy ellenállású huzalból, például nikrómból készülnek. A reosztátok ellenállása egyenletesen vagy lépésenként változhat. Folyékony reosztátokat is használnak, amelyek fémedények, amelyeket valamilyen elektromos áramot vezető oldattal töltenek meg, például szóda vízben.
A vezető elektromos áram áteresztő képességét a vezetőképesség jellemzi, amely az ellenállás reciproka, és ezt a betű jelzi g. A vezetőképesség SI mértékegysége (siemens).

Így a vezető ellenállása és vezetőképessége közötti kapcsolat a következő.

Elektromos ellenállás alatt minden olyan ellenállást értünk, amely érzékeli az áramot, amikor egy zárt áramkörön áthalad, gyengíti vagy gátolja az elektromos töltések szabad áramlását.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Ellenállás mérése multiméterrel" width="600" height="490">!}

Ellenállás mérése multiméterrel

Az ellenállás fizikai fogalma

Az elektronok szervezett módon keringenek a vezetőben, ahogy az áram folyik, az út során tapasztalt ellenállásnak megfelelően. Minél kisebb ez az ellenállás, annál nagyobb a meglévő rend az elektronok mikrokozmoszában. De amikor az ellenállás nagy, elkezdenek ütközni egymással és kiválasztódnak hőenergia. Ebben a tekintetben a vezető hőmérséklete mindig kissé emelkedik, annál nagyobb mértékben, minél nagyobb az elektronok ellenállása a mozgásukkal szemben.

Felhasznált anyagok

Az összes ismert fém többé-kevésbé ellenáll az áram áthaladásának, beleértve a legjobb vezetőket is. Az aranynak és az ezüstnek van a legkisebb ellenállása, de ezek drágák, ezért a leggyakrabban használt anyag a réz, amelynek nagy az elektromos vezetőképessége. Az alumíniumot kisebb mennyiségben használják.

A nikrómhuzal rendelkezik a legnagyobb ellenállással az áram áthaladásával szemben (nikkel (80%) és króm (20%) ötvözete). Széles körben használják ellenállásokban.

Egy másik széles körben használt ellenállásanyag a szén. Ebből fix ellenállásokat és reosztátokat készítenek a használatra elektronikus áramkörök. Fix ellenállásokat és potenciométereket használnak az áram- és feszültségértékek szabályozására, például az audioerősítők hangerejének és hangszínének szabályozására.

Ellenállás számítás

A terhelési ellenállás értékének kiszámításához az Ohm-törvényből származó képletet használjuk főként, ha ismertek az áram és a feszültség értékei:

A mértékegység az Ohm.

Mert soros csatlakozás ellenállások esetén a teljes ellenállást az egyes értékek összegzésével kapjuk meg:

R = R1 + R2 + R3 + …..

Nál nél párhuzamos kapcsolat kifejezést használjuk:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

És hogyan lehet megtalálni a vezeték elektromos ellenállását, figyelembe véve a paramétereit és a gyártási anyagát? Van erre egy másik ellenállási képlet is:

R \u003d ρ x l / S, ahol:

l a vezeték hossza,
S a keresztmetszetének méretei,
ρ a huzal anyagának fajlagos térfogati ellenállása.

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. szélesség: 600px) 100vw, 600px">

Ellenállási képlet

A vezeték geometriai méretei mérhetők. De az ellenállás kiszámításához ezzel a képlettel, ismernie kell a ρ együtthatót.

Fontos! verte értékeket a térfogati ellenállást már kiszámították különböző anyagokés speciális táblázatokban foglaljuk össze.

Az együttható értéke lehetővé teszi az ellenállás összehasonlítását különböző típusok vezetők adott hőmérsékleten a sajátjuknak megfelelően fizikai tulajdonságok mérettől függetlenül. Ezt példákkal lehet illusztrálni.

Példa elektromos ellenállás számításra rézdrót, 500 m hosszú:

Ha a huzalszakasz méretei ismeretlenek, megmérheti az átmérőjét tolómérővel. Tegyük fel, hogy 1,6 mm;
A keresztmetszeti terület kiszámításakor a következő képletet kell használni:

Ekkor S = 3,14 x (1,6 / 2)² = 2 mm²;

A táblázat szerint a réz ρ értékét találtuk, amely 0,0172 Ohm x m / mm²;
Most a számított vezető elektromos ellenállása a következő lesz:

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

Egy másik példa– nikróm huzal 0,1 mm² keresztmetszetű, 1 m hosszúság:

A nikróm ρ indexe 1,1 Ohm x m / mm²;
R \u003d ρ x l / S \u003d 1,1 x 1 / 0,1 = 11 ohm

Két példa egyértelműen mutatja, hogy egy méter hosszú és 20-szor kisebb keresztmetszetű nikróm huzal elektromos ellenállása 2,5-szer nagyobb, mint 500 méter rézhuzal.

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

Egyes fémek ellenállása

Fontos! Az ellenállást a hőmérséklet befolyásolja, melynek növekedésével növekszik, és ellenkezőleg, csökkenésével csökken.

Impedancia

Az impedancia egy általánosabb kifejezés az ellenállásra, amely figyelembe veszi a reaktív terhelést. Hurokellenállás számítás váltakozó áram az impedancia kiszámítása.

Míg az ellenállás egy meghatározott célra biztosít ellenállást, a reaktív egyes elektromos áramkör-alkatrészek szerencsétlen mellékterméke.

Kétféle reaktancia:

Induktív. Tekercsek által létrehozott. Számítási képlet:

X (L) = 2π x f x L, ahol:

f az áram frekvencia (Hz),
L - induktivitás (H);

Kapacitív. Kondenzátorok által létrehozott. A képlet szerint számítva:

X (C) = 1/(2π x f x C),

ahol C a kapacitás (F).

Aktív megfelelőjéhez hasonlóan a reaktanciát ohmban fejezik ki, és korlátozza az áram áramlását a hurkon keresztül. Ha az áramkörben kapacitás és tekercs is van, akkor a teljes ellenállás:

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

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

Aktív, induktív és kapacitív reaktancia

Fontos! A reaktív terhelési képletek következnek érdekes tulajdonságok. A váltakozó áram és az induktivitás frekvenciájának növekedésével X (L) növekszik. Ezzel szemben minél nagyobb a frekvencia és a kapacitás, annál kisebb X (C).

Az impedancia megkeresése (Z) nem az aktív és reaktív komponensek egyszerű összeadása:

Z = √ (R² + X²).

1. példa

A teljesítményfrekvenciás áramkörben lévő tekercs aktív ellenállása 25 Ohm, induktivitása 0,7 H. Kiszámolhatja az impedanciát:

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

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

A φ szög megközelítőleg 83 fokkal egyenlő.

2. példa

Van egy kondenzátor, amelynek kapacitása 100 mikrofarad és belső ellenállása 12 ohm. Kiszámolhatja az impedanciát:

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

Az interneten találhat egy online számológépet, amely leegyszerűsíti a teljes elektromos áramkör vagy szakaszai ellenállásának és impedanciájának kiszámítását. Ott csak meg kell őriznie a számított adatokat, és rögzítenie kell a számítás eredményeit.

Videó

Az elektromos ellenállás és vezetőképesség fogalma

Minden test, amelyen elektromos áram folyik, bizonyos ellenállással rendelkezik. A vezető anyagának azt a tulajdonságát, hogy megakadályozza az elektromos áram áthaladását rajta, elektromos ellenállásnak nevezzük.

Az elektronikai elmélet így magyarázza meg a fémvezetők elektromos ellenállásának lényegét. Egy vezető mentén haladva a szabad elektronok számtalanszor találkoznak atomokkal és más elektronokkal útjuk során, és a velük való kölcsönhatás során elkerülhetetlenül elveszítik energiájuk egy részét. Az elektronok mintegy ellenállást tapasztalnak a mozgásukkal szemben. Különféle fémvezetők, amelyek eltérőek atomszerkezet, eltérő ellenállásúak az elektromos árammal szemben.

Pontosan ugyanez magyarázza a folyékony vezetők és gázok ellenállását az elektromos áram áthaladásával szemben. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy ezekben az anyagokban nem elektronok, hanem molekulák töltött részecskéi ütköznek ellenállásba mozgásuk során.

Az ellenállást latin R vagy r betűk jelzik.

Az ohm az elektromos ellenállás mértékegysége.

Ohm egy 106,3 cm magas, 1 mm2 keresztmetszetű higanyoszlop ellenállása 0 ° C hőmérsékleten.

Ha például a vezető elektromos ellenállása 4 ohm, akkor a következőképpen kell írni: R \u003d 4 ohm vagy r \u003d 4 ohm.

Nagy érték ellenállásának mérésére egy megohm nevű mértékegységet alkalmaznak.

Egy mega egymillió ohmnak felel meg.

Minél nagyobb a vezető ellenállása, annál rosszabbul vezeti az elektromos áramot, és fordítva, minél kisebb a vezető ellenállása, annál könnyebben halad át az elektromos áram ezen a vezetőn.

Ezért a vezető jellemzéséhez (az elektromos áram áthaladása szempontjából) nemcsak ellenállását, hanem az ellenállás reciprokát is figyelembe vehetjük, és vezetőképességnek nevezzük.

elektromos vezetőképesség Egy anyag azon képességét, hogy elektromos áramot enged át önmagán, ún.

Mivel a vezetőképesség az ellenállás reciproka, 1/R-ben fejezzük ki, a vezetőképességet jelöljük latin betű g.

A vezető anyagának hatása, méretei ill környezeti hőmérséklet az elektromos ellenállás értékéről

A különféle vezetékek ellenállása az anyagtól függ, amelyből készültek. Az elektromos ellenállás jellemzésére különféle anyagok bevezette az úgynevezett ellenállás fogalmát.

Ellenállás egy 1 m hosszú és 1 mm2 keresztmetszetű vezeték ellenállása. Az ellenállást a görög p betűvel jelöljük. Minden anyag, amelyből a vezető készül, saját ellenállással rendelkezik.

Például a réz ellenállása 0,017, azaz egy 1 m hosszú és 1 mm2 keresztmetszetű rézvezető ellenállása 0,017 ohm. Az alumínium fajlagos ellenállása 0,03, a vasé 0,12, a konstans fajlagos ellenállása 0,48, a nikróm fajlagos ellenállása 1-1,1.

A vezető ellenállása egyenesen arányos a hosszával, vagyis minél hosszabb a vezető, annál nagyobb az elektromos ellenállása.

Egy vezető ellenállása fordítottan arányos a keresztmetszeti területével, vagyis minél vastagabb a vezető, annál kisebb az ellenállása, és fordítva, minél vékonyabb a vezető, annál nagyobb az ellenállása.

Ennek a kapcsolatnak a jobb megértéséhez képzeljünk el két pár egymással érintkező edényt, amelyek közül az egyik érpár vékony összekötő csővel, a másik pedig vastag. Nyilvánvaló, hogy ha az egyik edény (mindegyik pár) megtelik vízzel, akkor sokkal gyorsabban megy át egy másik edénybe egy vastag csövön keresztül, mint egy vékonyon keresztül, azaz egy vastag cső kevésbé ellenáll a víz áramlásának. víz. Ugyanígy az elektromos áram könnyebben megy át egy vastag vezetőn, mint egy vékonyon, vagyis az első kisebb ellenállást biztosít neki, mint a második.

A vezető elektromos ellenállása egyenlő annak az anyagnak a fajlagos ellenállásával, amelyből ez a vezető készült, megszorozva a vezető hosszával és elosztva a vezető keresztmetszeti területének területével:

R = R l / S,

Ahol - R a vezető ellenállása, ohm, l a vezető hossza m-ben, S a vezető keresztmetszete, mm 2.

Kerek vezeték keresztmetszete képlettel számolva:

S = π d 2/4

Ahol π - állandó érték 3,14; d a vezető átmérője.

Így meghatározzák a vezető hosszát:

l = S R / p ,

Ez a képlet lehetővé teszi a vezető hosszának, keresztmetszetének és ellenállásának meghatározását, ha a képletben szereplő egyéb mennyiségek ismertek.

Ha meg kell határozni a vezető keresztmetszeti területét, akkor a képlet a következő formára csökken:

S = R l / R

Ugyanezt a képletet átalakítva és a p-re vonatkozó egyenlőséget megoldva megkapjuk a vezető ellenállását:

R = R S / l

Az utolsó képletet akkor kell alkalmazni, ha a vezető ellenállása és méretei ismertek, anyaga pedig ismeretlen, ráadásul nehezen meghatározható kinézet. Ehhez meg kell határozni a vezető ellenállását, és a táblázat segítségével meg kell találni egy ilyen ellenállású anyagot.

Egy másik ok, amely befolyásolja a vezetők ellenállását, a hőmérséklet.

Megállapítást nyert, hogy a hőmérséklet emelkedésével a fémvezetők ellenállása növekszik, csökkenésével pedig csökken. Ez a tiszta fém vezetők ellenállásának növekedése vagy csökkenése közel azonos, átlagosan 0,4% 1 °C-on. A folyékony vezetők és a szén ellenállása a hőmérséklet emelkedésével csökken.

Az anyagszerkezet elektronikus elmélete a következő magyarázatot adja a fémes vezetők ellenállásának növekedésére a hőmérséklet emelkedésével. Melegítéskor a vezető hőenergiát kap, amely elkerülhetetlenül átkerül az anyag összes atomjára, aminek következtében mozgásuk intenzitása megnő. Az atomok fokozott mozgása nagyobb ellenállást hoz létre a szabad elektronok irányított mozgásával szemben, ezért a vezető ellenállása megnő. A hőmérséklet csökkenésével vannak Jobb körülmények az elektronok irányított mozgására, és a vezető ellenállása csökken. Ez megmagyaráz egy érdekes jelenséget - fémek szupravezetése.

Szupravezetés, azaz a fémek ellenállásának nullára való csökkenése egy hatalmas negatív hőmérséklet-273°C, abszolút nullának nevezzük. Abszolút nulla hőmérsékleten úgy tűnik, hogy a fématomok megfagynak a helyükön, anélkül, hogy az elektronok mozgását egyáltalán akadályoznák.

Ohm törvénye az elektromos áramkörök alaptörvénye. Ugyanakkor sok természeti jelenség magyarázatát teszi lehetővé. Például meg lehet érteni, hogy az elektromosság miért nem "veri meg" a vezetékeken ülő madarakat. A fizika szempontjából Ohm törvénye rendkívül jelentős. Az ő tudta nélkül lehetetlen lenne stabil elektromos áramköröket létrehozni, vagy egyáltalán nem lenne elektronika.

Függőség I = I(U) és értéke

Az anyagok ellenállásának felfedezésének története közvetlenül kapcsolódik az áram-feszültség karakterisztikához. Ami? Vegyünk egy állandó elektromos áramú áramkört, és vegyük annak bármelyik elemét: lámpát, gázcsövet, fémvezetőt, elektrolitpalackot stb.

A kérdéses elemre alkalmazott U feszültség (gyakran V-nek nevezett) változtatásával nyomon követjük az azon áthaladó áramerősség (I) változását. Ennek eredményeként az I \u003d I (U) formájú függőséget kapjuk, amelyet "az elem feszültségjellemzőjének" neveznek, és amely az elektromos tulajdonságainak közvetlen mutatója.

A volt-amper karakterisztika eltérő lehet a különböző elemeknél. Legegyszerűbb formáját egy fémvezető figyelembevételével kapjuk meg, amelyet Georg Ohm (1789-1854) készített.

Az áram-feszültség karakterisztika lineáris összefüggés. Ezért a grafikonja egy egyenes.

Jog a legegyszerűbb formájában

Ohmnak a vezetők áram-feszültség karakterisztikáját vizsgáló kutatása kimutatta, hogy a fémvezető belsejében az áramerősség arányos a végének potenciálkülönbségével (I ~ U), és fordítottan arányos egy bizonyos együtthatóval, azaz I ~ 1/R. Ezt az együtthatót „vezető ellenállásnak” kezdték nevezni, és az elektromos ellenállás mértékegysége Ohm vagy V/A volt.

Még egy dolgot érdemes megjegyezni. Az Ohm törvényét gyakran használják az áramkörök ellenállásának kiszámítására.

A törvény megfogalmazása

Ohm törvénye szerint az áramkör egyetlen szakaszának áramerőssége (I) arányos az ebben a szakaszban lévő feszültséggel, és fordítottan arányos az ellenállásával.

Megjegyzendő, hogy ebben a formában a törvény csak a lánc egy homogén szakaszára érvényes. Homogén az elektromos áramkör azon része, amely nem tartalmaz áramforrást. Az alábbiakban az Ohm-törvény inhomogén áramkörben való alkalmazásának módját tárgyaljuk.

Később kísérletileg megállapították, hogy a törvény az elektromos áramkörben lévő elektrolit oldatokra is érvényben marad.

Az ellenállás fizikai jelentése

Az ellenállás az anyagok, anyagok vagy közegek azon tulajdonsága, hogy megakadályozzák az elektromos áram áthaladását. Mennyiségileg az 1 ohm ellenállás azt jelenti, hogy egy vezetőben 1 A erősségű elektromos áram haladhat át 1 V feszültség mellett a végein.

Fajlagos elektromos ellenállás

Kísérletileg megállapították, hogy a vezető elektromos áramának ellenállása a méreteitől függ: hosszúság, szélesség, magasság. És a formája (gömb, henger) és az anyag, amelyből készült. Így például egy homogén hengeres vezető ellenállásának képlete a következő lesz: R \u003d p * l / S.

Ha ebbe a képletbe s \u003d 1 m 2 és l \u003d 1 m értéket teszünk, akkor R számszerűen egyenlő p-vel. Innen számítják ki a vezető ellenállási együtthatójának mértékegységét SI-ben - ez Ohm * m.

Az ellenállási képletben p a légellenállási együttható a kémiai tulajdonságok anyag, amelyből a vezető készül.

Az Ohm-törvény differenciális formájának figyelembe vételéhez még néhány fogalmat figyelembe kell venni.

Mint tudják, az elektromos áram minden töltött részecske szigorúan meghatározott mozgása. Például a fémekben az áramhordozók az elektronok, a vezető gázokban pedig az ionok.

Vegyünk egy triviális esetet, amikor minden áramhordozó homogén - egy fémvezető. Ebben a vezetőben fejtsünk ki egy végtelenül kis térfogatot, és jelöljük u-val az elektronok átlagos (sodródás, rendezett) sebességét az adott térfogatban. Továbbá jelölje n az áramhordozók térfogategységenkénti koncentrációját.

Rajzoljunk most egy végtelen kicsi dS területet merőlegesen az u vektorra, és a sebesség mentén készítsünk egy végtelenül kicsi hengert u*dt magassággal, ahol dt azt az időt jelöli, amely alatt a vizsgált térfogatban lévő összes áramsebességhordozó áthalad a területen. dS.

Ebben az esetben a q \u003d n * e * u * dS * dt töltést az elektronok továbbítják a területen, ahol e az elektron töltése. Így az elektromos áramsűrűség egy j = n * e * u vektor, amely az egységnyi területen keresztül egységnyi idő alatt átvitt töltés mennyiségét jelöli.

Az Ohm-törvény differenciáldefiníciójának egyik előnye, hogy gyakran meg lehet boldogulni az ellenállás kiszámítása nélkül.

Elektromos töltés. Elektromos térerősség

A térerő együtt elektromos töltés az elektromosság elméletének alapvető paramétere. Egyúttal mennyiségi reprezentációjuk is beszerezhető a egyszerű kísérletek a hallgatók rendelkezésére áll.

Az egyszerűbb érvelés kedvéért egy elektrosztatikus mezőt veszünk figyelembe. Ez elektromos mező, ami nem változik az idő múlásával. Ilyen mezőt álló elektromos töltések hozhatnak létre.

Ezen túlmenően, a mi céljaink érdekében tesztdíjra van szükség. Ennek minőségében egy feltöltött testet fogunk használni - olyan kicsi, hogy nem képes zavart okozni (töltések újraelosztása) a környező tárgyakban.

Tekintsünk egymás után két teszttöltést, amelyeket egymás után helyezünk el a tér egy pontjában, amely elektrosztatikus tér hatása alatt áll. Kiderül, hogy a vádak időinvariáns befolyásnak lesznek kitéve a részéről. Legyen F 1 és F 2 a töltésekre ható erők.

A kísérleti adatok általánosítása eredményeként kiderült, hogy az F 1 és F 2 erők egy vagy ellentétes irányba hatnak, és F 1 /F 2 arányuk független a tér azon pontjától, ahol a teszt töltődik. felváltva helyezték el. Ebből következően az F 1 /F 2 arány kizárólag maguknak a töltéseknek a jellemzője, és semmilyen módon nem függ a mezőtől.

Nyítás ezt a tényt lehetővé tette a testek villamosításának jellemzését, és később elektromos töltésnek nevezték. Így definíció szerint q 1 / q 2 \u003d F 1 / F 2 kapjuk, ahol q 1 és q 2 a mező egy pontjában elhelyezett töltések nagysága, F 1 és F 2 pedig a ható erők a pályáról érkező töltetekről.

Ilyen megfontolások alapján kísérletileg megállapították a különböző részecskék töltéseinek nagyságát. Feltételesen behelyezve az egyik teszttöltést egyenlő eggyel, egy másik töltés értékét az F 1 /F 2 arány mérésével számíthatja ki.

Bármely elektromos mező jellemezhető ismert töltésekkel. Így az egységnyi próbatöltésre nyugalmi állapotban ható erőt elektromos térerősségnek nevezzük, és E-vel jelöljük. A töltés definíciójából azt kapjuk, hogy az erővektor a következő alakú: E = F/q.

A j és E vektorok kapcsolata. Az Ohm-törvény másik formája

Vegye figyelembe azt is, hogy a henger-ellenállás meghatározása általánosítható ugyanabból az anyagból készült vezetékekre. Ebben az esetben az ellenállási képlet keresztmetszete megegyezik a huzal keresztmetszetével, és l - a hossza.