Apa definisi hambatan listrik. Apa itu hambatan listrik

- besaran listrik yang mencirikan sifat bahan untuk mencegah aliran arus listrik. Tergantung pada jenis materialnya, resistansi dapat cenderung nol - minimal (mi/mikro ohm - konduktor, logam), atau sangat besar (giga ohm - insulasi, dielektrik). Kebalikan dari hambatan listrik adalah .

satuan pengukuran hambatan listrik - Ohm. Ini dilambangkan dengan huruf R. Ketergantungan resistansi pada arus dan dalam rangkaian tertutup ditentukan.

Ohmmeter- perangkat untuk pengukuran langsung resistansi sirkuit. Tergantung pada kisaran nilai yang diukur, mereka dibagi menjadi gigaohmmeter (untuk resistansi besar - saat mengukur insulasi), dan menjadi mikro / miliohmmeter (untuk resistansi kecil - saat mengukur hambatan transisi kontak, belitan motor, dll.).

Ada variasi besar ohmmeter dengan desain produsen yang berbeda, dari elektromekanik ke mikroelektronika. Perlu dicatat bahwa ohmmeter klasik mengukur bagian aktif dari resistansi (yang disebut ohm).

Setiap hambatan (logam atau semikonduktor) di sirkuit arus bolak-balik memiliki komponen aktif dan reaktif. Jumlah aktif dan reaktansi adalah Impedansi sirkuit AC dan dihitung dengan rumus:

di mana, Z adalah resistansi total dari rangkaian AC;

R adalah resistansi aktif dari rangkaian AC;

Xc adalah reaktansi kapasitif dari rangkaian AC;

(C adalah kapasitansi, w adalah kecepatan sudut arus bolak-balik)

Xl adalah reaktansi induktif dari rangkaian AC;

(L adalah induktansi, w adalah kecepatan sudut arus bolak-balik).

Resistensi aktif- ini adalah bagian dari impedansi sirkuit listrik, yang energinya sepenuhnya diubah menjadi jenis energi lain (mekanik, kimia, termal). Properti khas komponen aktif adalah total konsumsi semua listrik (energi tidak dikembalikan ke jaringan kembali ke jaringan), dan reaktansi mengembalikan sebagian energi kembali ke jaringan (properti negatif dari komponen reaktif).

Arti fisik dari resistensi aktif

Setiap lingkungan dimana muatan listrik, menciptakan rintangan di jalan mereka (diyakini bahwa ini adalah simpul kisi kristal), di mana mereka tampaknya mengenai dan kehilangan energinya, yang dilepaskan dalam bentuk panas.

Jadi, ada drop (kehilangan energi listrik), yang sebagian hilang karena hambatan internal media konduktif.

Nilai numerik yang mencirikan kemampuan suatu bahan untuk mencegah lewatnya muatan disebut resistansi. Ini diukur dalam Ohm (Ohm) dan berbanding terbalik dengan konduktivitas listrik.

Elemen lain-lain sistem periodik Mendeleev memiliki resistivitas listrik (p) yang berbeda, misalnya sp terkecil. perak (0,016 Ohm * mm2 / m), tembaga (0,0175 Ohm * mm2 / m), emas (0,023) dan aluminium (0,029) memiliki hambatan. Mereka digunakan dalam industri sebagai bahan utama di mana semua teknik listrik dan energi dibangun. Dielektrik, di sisi lain, memiliki sp tinggi. resistensi dan digunakan untuk isolasi.

Hambatan dari media konduktor dapat bervariasi secara signifikan tergantung pada penampang, suhu, besaran dan frekuensi arus. Selain itu, media yang berbeda memiliki pembawa muatan yang berbeda (elektron bebas dalam logam, ion dalam elektrolit, "lubang" dalam semikonduktor), yang merupakan faktor penentu resistensi.

Arti fisis reaktansi

Dalam kumparan dan kapasitor, ketika diterapkan, energi terakumulasi dalam bentuk medan magnet dan listrik, yang membutuhkan beberapa waktu.

Medan magnet dalam jaringan arus bolak-balik berubah mengikuti perubahan arah pergerakan muatan, sambil memberikan resistensi tambahan.

Selain itu, ada pergeseran fasa dan kekuatan arus yang stabil, dan ini menyebabkan kerugian tambahan listrik.

Resistivitas

Bagaimana cara mengetahui hambatan suatu bahan jika tidak mengalir melaluinya dan kita tidak memiliki ohmmeter? Ada nilai khusus untuk ini - resistivitas listrik bahan di

(ini adalah nilai tabular yang ditentukan secara empiris untuk sebagian besar logam). Dengan nilai ini dan besaran fisik bahan, kita dapat menghitung hambatan menggunakan rumus:

di mana, p- resistivitas (satuan pengukuran ohm * m / mm 2);

l adalah panjang konduktor (m);

S - penampang (mm 2).

lima belas. hambatan listrik

Pergerakan muatan listrik yang terarah dalam konduktor apa pun dihalangi oleh molekul dan atom konduktor ini. Oleh karena itu, baik bagian luar rangkaian maupun bagian dalam (di dalam sumber energi itu sendiri) mengganggu aliran arus. Nilai yang mencirikan hambatan rangkaian listrik terhadap aliran arus listrik disebut hambatan listrik.
Sumber energi listrik, termasuk dalam rangkaian listrik tertutup, mengkonsumsi energi untuk mengatasi hambatan rangkaian eksternal dan internal.
Hambatan listrik dilambangkan dengan huruf r dan digambarkan dalam diagram seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 14, a.

Satuan hambatan adalah ohm. ohm disebut hambatan listrik dari konduktor linier di mana, dengan perbedaan potensial konstan satu volt, arus satu ampere mengalir, mis.

Saat mengukur resistansi tinggi, unit seribu dan satu juta kali lebih banyak ohm digunakan. Mereka disebut kiloohm ( com) dan megaohm ( Mama), 1 com = 1000 ohm; 1 Mama = 1 000 000 ohm.
PADA berbagai zat mengandung jumlah elektron bebas yang berbeda, dan atom-atom di mana elektron-elektron ini berpindah memiliki susunan yang berbeda. Oleh karena itu, hambatan konduktor terhadap arus listrik tergantung pada bahan dari mana mereka dibuat, pada panjang dan luas. persilangan konduktor. Jika dua konduktor dari bahan yang sama dibandingkan, maka konduktor yang lebih panjang memiliki hambatan yang lebih besar pada luas yang sama penampang, dan konduktor dengan penampang besar memiliki hambatan yang lebih kecil pada panjang yang sama.
Untuk penilaian relatif dari sifat listrik bahan konduktor, resistivitasnya berfungsi. Resistivitas adalah hambatan suatu penghantar logam dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm 2; dilambangkan dengan huruf , dan diukur dalam
Jika konduktor yang terbuat dari bahan dengan resistivitas memiliki panjang aku meter dan luas penampang q milimeter persegi, maka hambatan konduktor ini

Rumus (18) menunjukkan bahwa resistansi konduktor berbanding lurus dengan resistivitas bahan dari mana ia dibuat, serta panjangnya, dan berbanding terbalik dengan luas penampang.
Hambatan konduktor tergantung pada suhu. Resistansi konduktor logam meningkat dengan meningkatnya suhu. Ketergantungan ini cukup rumit, tetapi dalam kisaran perubahan suhu yang relatif sempit (hingga sekitar 200 ° C), kita dapat mengasumsikan bahwa untuk setiap logam ada suhu tertentu, yang disebut koefisien resistansi (alfa), yang menyatakan peningkatan resistansi konduktor r ketika suhu berubah sebesar 1 ° C, mengacu pada 1 ohm resistensi awal.
Jadi, koefisien temperatur resistansi

dan peningkatan resistensi

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

di mana r 1 - resistansi konduktor pada suhu T 1 ;
r 2 - resistansi konduktor yang sama pada suhu T 2 .
Mari kita jelaskan ekspresi untuk koefisien suhu resistansi dengan sebuah contoh. Mari kita asumsikan bahwa kawat linier tembaga pada suhu T 1 = 15 ° memiliki hambatan r 1 = 50 ohm, dan pada suhu T 2 = 75 ° - r 2 - 62 ohm. Oleh karena itu, peningkatan resistansi ketika suhu berubah 75 - 15 \u003d 60 ° adalah 62 - 50 \u003d 12 ohm. Dengan demikian, peningkatan resistansi yang sesuai dengan perubahan suhu sebesar 1 ° sama dengan:

Koefisien suhu resistansi untuk tembaga sama dengan peningkatan resistansi dibagi dengan 1 ohm hambatan awal, yaitu dibagi 50:

Berdasarkan rumus (20), adalah mungkin untuk menetapkan hubungan antara hambatan r 2 dan r 1:

(21)

Harus diingat bahwa rumus ini hanya merupakan ekspresi perkiraan ketergantungan resistansi pada suhu dan tidak dapat digunakan untuk mengukur resistansi pada suhu melebihi 100 ° C.
Resistansi yang dapat disesuaikan disebut reostat(Gbr. 14, b). Rheostat terbuat dari kawat dengan resistivitas tinggi, seperti nichrome. Resistansi rheostat dapat bervariasi secara merata atau bertahap. Rheostat cair juga digunakan, yang merupakan wadah logam yang diisi dengan semacam larutan konduktif. listrik, misalnya, larutan soda dalam air.
Kemampuan suatu penghantar untuk melewatkan arus listrik ditandai dengan konduktivitas, yang merupakan kebalikan dari hambatan, dan ditunjukkan dengan huruf g. Satuan SI untuk konduktivitas adalah (siemens).

Dengan demikian, hubungan antara resistansi dan konduktivitas suatu konduktor adalah sebagai berikut.

Ketika suatu rangkaian listrik ditutup, pada terminal-terminal yang terdapat beda potensial, timbul arus listrik. Elektron bebas di bawah pengaruh gaya medan listrik bergerak di sepanjang konduktor. Dalam gerakannya, elektron bertabrakan dengan atom konduktor dan memberi mereka cadangan energi kinetiknya. Kecepatan pergerakan elektron terus berubah: ketika elektron bertabrakan dengan atom, molekul, dan elektron lainnya, ia berkurang, kemudian di bawah pengaruh Medan listrik bertambah dan berkurang lagi dengan tumbukan baru. Akibatnya, konduktor diatur gerakan seragam aliran elektron dengan kecepatan beberapa fraksi sentimeter per detik. Akibatnya, elektron yang melewati konduktor selalu menghadapi hambatan dari sisinya terhadap gerakannya. Ketika arus listrik melewati konduktor, yang terakhir memanas.

hambatan listrik

Hambatan listrik konduktor, yang dilambangkan huruf latin r, disebut properti tubuh atau lingkungan untuk diubah energi listrik menjadi panas ketika arus listrik melewatinya.

Dalam diagram, hambatan listrik ditunjukkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, sebuah.

Hambatan listrik variabel, yang berfungsi untuk mengubah arus dalam rangkaian, disebut reostat. Dalam diagram, rheostat ditunjuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, b. PADA pandangan umum Rheostat dibuat dari kawat dengan resistansi satu atau lain, dililitkan pada alas isolasi. Penggeser atau tuas rheostat ditempatkan pada posisi tertentu, sebagai akibatnya resistansi yang diinginkan dimasukkan ke dalam sirkuit.

Sebuah konduktor panjang dengan penampang kecil menciptakan resistensi yang tinggi terhadap arus. Konduktor pendek dengan penampang besar memiliki resistansi kecil terhadap arus.

Jika kita mengambil dua konduktor dari bahan yang berbeda, tetapi panjang dan penampangnya sama, maka penghantar tersebut akan menghantarkan arus dengan cara yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa hambatan suatu penghantar tergantung dari bahan penghantar itu sendiri.

Temperatur suatu konduktor juga mempengaruhi resistansinya. Saat suhu naik, resistensi logam meningkat, dan resistensi cairan dan batubara menurun. Hanya beberapa paduan logam khusus (manganin, konstantan, nikel, dan lain-lain) yang hampir tidak mengubah ketahanannya dengan meningkatnya suhu.

Jadi, kita melihat bahwa hambatan listrik konduktor tergantung pada: 1) panjang konduktor, 2) penampang konduktor, 3) bahan konduktor, 4) suhu konduktor.

Satuan hambatan adalah satu ohm. Om sering dilambangkan dengan bahasa Yunani huruf kapital(omega). Jadi, alih-alih menulis "Hambatan konduktor adalah 15 ohm", Anda cukup menulis: r= 15.
1000 ohm disebut 1 kiloohm(1kΩ, atau 1kΩ),
1.000.000 ohm disebut 1 megaohm(1mgOhm, atau 1MΩ).

Ketika membandingkan resistansi konduktor dari berbagai bahan perlu untuk mengambil panjang dan bagian tertentu untuk setiap sampel. Kemudian kita akan dapat menilai bahan mana yang menghantarkan arus listrik lebih baik atau lebih buruk.

Video 1. Resistansi konduktor

Hambatan listrik spesifik

Hambatan dalam ohm dari sebuah penghantar yang panjangnya 1 m, dengan penampang 1 mm² disebut resistivitas dan dilambangkan huruf Yunani ρ (ro).

Tabel 1 memberikan resistansi spesifik dari beberapa konduktor.

Tabel 1

Resistivitas berbagai konduktor

Tabel menunjukkan bahwa seutas kawat besi dengan panjang 1 m dan penampang 1 mm² memiliki hambatan 0,13 ohm. Untuk mendapatkan hambatan 1 ohm, Anda perlu mengambil 7,7 m kawat tersebut. Perak memiliki resistivitas terendah. Resistansi 1 ohm dapat diperoleh dengan mengambil 62,5 m kawat perak dengan penampang 1 mm². Perak adalah konduktor terbaik, tetapi harga perak menghalangi penggunaannya secara luas. Setelah perak di meja datang tembaga: 1 m kawat tembaga dengan penampang 1 mm² memiliki hambatan 0,0175 ohm. Untuk mendapatkan hambatan 1 ohm, Anda perlu mengambil 57 m dari kawat tersebut.

Murni secara kimia, diperoleh dengan pemurnian, tembaga telah digunakan secara luas dalam teknik listrik untuk pembuatan kabel, kabel, belitan mesin dan peralatan listrik. Aluminium dan besi juga banyak digunakan sebagai konduktor.

Hambatan suatu konduktor dapat ditentukan dengan rumus :

di mana r- resistansi konduktor dalam ohm; ρ - resistansi spesifik konduktor; aku adalah panjang konduktor dalam m; S– penampang konduktor dalam mm².

Contoh 1 Tentukan hambatan 200 m kawat besi dengan penampang 5 mm².

Contoh 2 Hitung hambatan 2 km kawat aluminium dengan penampang 2,5 mm².

Dari rumus resistansi, Anda dapat dengan mudah menentukan panjang, resistivitas, dan penampang konduktor.

Contoh 3 Untuk penerima radio, perlu untuk melilitkan resistansi 30 ohm dari kawat nikel dengan penampang 0,21 mm². Tentukan panjang kawat yang dibutuhkan.

Contoh 4 Tentukan penampang kawat nikrom 20 m jika hambatannya 25 ohm.

Contoh 5 Sebuah kawat dengan penampang 0,5 mm² dan panjang 40 m memiliki hambatan 16 ohm. Tentukan bahan kawat.

Bahan konduktor mencirikan resistivitasnya.

Menurut tabel resistivitas, kami menemukan bahwa timah memiliki resistansi seperti itu.

Dinyatakan di atas bahwa resistansi konduktor tergantung pada suhu. Mari lakukan percobaan berikut. Kami meliuk dalam bentuk spiral setipis beberapa meter kawat logam dan sertakan spiral ini dalam rangkaian baterai. Untuk mengukur arus dalam rangkaian, nyalakan ammeter. Saat memanaskan spiral dalam nyala kompor, Anda dapat melihat bahwa pembacaan ammeter akan berkurang. Ini menunjukkan bahwa resistansi kawat logam meningkat dengan pemanasan.

Untuk beberapa logam, ketika dipanaskan hingga 100 °, resistansi meningkat 40 - 50%. Ada paduan yang sedikit mengubah ketahanannya dengan panas. Beberapa paduan khusus hampir tidak mengubah resistansi dengan suhu. Hambatan konduktor logam meningkat dengan meningkatnya suhu, ketahanan elektrolit (konduktor cair), batubara dan beberapa padatan, sebaliknya, menurun.

Kemampuan logam untuk mengubah resistansinya dengan perubahan suhu digunakan untuk membuat termometer resistansi. Termometer semacam itu adalah luka kawat platinum pada bingkai mika. Dengan menempatkan termometer, misalnya, dalam tungku dan mengukur resistansi kawat platinum sebelum dan sesudah pemanasan, suhu di tungku dapat ditentukan.

Perubahan resistansi konduktor ketika dipanaskan, per 1 ohm dari resistansi awal dan suhu 1 °, disebut koefisien suhu resistansi dan dilambangkan dengan huruf .

Jika pada suhu t 0 resistansi konduktor adalah r 0, dan pada suhu t sama dengan r t, maka koefisien suhu resistansi

Catatan. Rumus ini hanya dapat dihitung dalam rentang suhu tertentu (sampai sekitar 200 °C).

Kami memberikan nilai koefisien suhu resistansi untuk beberapa logam (tabel 2).

Meja 2

Nilai koefisien suhu untuk beberapa logam

Dari rumus koefisien temperatur resistansi, kita tentukan r t:

r t = r 0 .

Contoh 6 Tentukan hambatan seutas kawat besi yang dipanaskan hingga 200°C jika hambatannya pada 0°C adalah 100 ohm.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.

Contoh 7 Sebuah termometer hambatan yang terbuat dari kawat platina dalam sebuah ruangan bersuhu 15°C memiliki hambatan 20 ohm. Termometer ditempatkan di tungku dan setelah beberapa saat resistansi diukur. Ternyata sama dengan 29,6 ohm. Tentukan suhu dalam oven.

konduktivitas listrik

Sampai sekarang, kita telah menganggap resistansi konduktor sebagai hambatan yang diberikan konduktor terhadap arus listrik. Namun, arus mengalir melalui konduktor. Oleh karena itu, selain hambatan (hambatan), penghantar juga memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus listrik, yaitu konduktivitas.

Semakin besar resistansi suatu konduktor, semakin kecil konduktivitasnya, semakin buruk konduktor tersebut menghantarkan arus listrik, dan, sebaliknya, semakin rendah resistansi suatu konduktor, semakin besar konduktivitas yang dimilikinya, semakin mudah arus melewati konduktor. Oleh karena itu, resistansi dan konduktivitas konduktor adalah besaran timbal balik.

Diketahui dari matematika bahwa kebalikan dari 5 adalah 1/5 dan, sebaliknya, kebalikan dari 1/7 adalah 7. Oleh karena itu, jika hambatan suatu penghantar dilambangkan dengan huruf r, maka konduktivitas didefinisikan sebagai 1/ r. Konduktivitas biasanya dilambangkan dengan huruf g.

Konduktivitas listrik diukur dalam (1/ohm) atau siemens.

Contoh 8 Resistansi penghantar adalah 20 ohm. Tentukan konduktivitasnya.

Jika sebuah r= 20 Ohm, maka

Contoh 9 Konduktivitas konduktor adalah 0,1 (1/ohm). Tentukan hambatannya

Jika g \u003d 0,1 (1 / Ohm), maka r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)

Tanpa pengetahuan awal yang pasti tentang kelistrikan, sulit membayangkan bagaimana caranya alat listrik mengapa mereka bekerja sama sekali, mengapa Anda perlu mencolokkan TV untuk membuatnya bekerja, dan baterai kecil cukup untuk membuat senter bersinar dalam gelap.

Jadi kita akan memahami semuanya secara berurutan.

Listrik

Listrik- Ini fenomena alam, menegaskan keberadaan, interaksi dan pergerakan muatan listrik. Listrik pertama kali ditemukan pada awal abad ke-7 SM. Filsuf Yunani Thales. Thales menarik perhatian pada fakta bahwa jika sepotong amber digosokkan ke wol, ia mulai menarik benda-benda ringan ke dirinya sendiri. Amber dalam bahasa Yunani kuno adalah elektron.

Beginilah cara saya membayangkan Thales duduk, menggosokkan sepotong amber pada himation-nya (ini adalah pakaian luar wol orang Yunani kuno), dan kemudian, dengan tatapan bingung, melihat bagaimana rambut, secarik benang, bulu, dan secarik kertas tertarik pada amber.

Fenomena ini disebut listrik statis. Anda dapat mengulangi pengalaman ini. Untuk melakukan ini, gosok penggaris plastik biasa secara menyeluruh dengan kain wol dan bawa ke potongan kertas kecil.

Perlu dicatat bahwa lama fenomena ini belum dipelajari. Dan hanya pada tahun 1600, dalam esainya "On the Magnet, Magnetic Bodies, and the Great Magnet - the Earth", naturalis Inggris William Gilbert memperkenalkan istilah - listrik. Dalam karyanya, ia menggambarkan eksperimennya dengan benda-benda yang dialiri listrik, dan juga menetapkan bahwa zat lain dapat menjadi listrik.

Kemudian, selama tiga abad, ilmuwan paling maju di dunia telah menjelajahi listrik, menulis risalah, merumuskan hukum, menemukan mesin listrik, dan hanya pada tahun 1897, Joseph Thomson menemukan pembawa materi pertama listrik - elektron, partikel, karena di mana proses listrik dalam zat dimungkinkan.

Elektron- Ini partikel dasar, memiliki muatan negatif kira-kira sama dengan -1.602 10 -19 Cl (Liontin). Dilambangkan e atau e -.

Tegangan

Untuk membuat partikel bermuatan bergerak dari satu kutub ke kutub lainnya, perlu dibuat antar kutub perbedaan potensial atau - Tegangan. Satuan tegangan - Volt (PADA atau V). Dalam rumus dan perhitungan, stres ditunjukkan oleh huruf V . Untuk mendapatkan tegangan 1 V, Anda perlu mentransfer muatan 1 C antara kutub, sambil melakukan pekerjaan 1 J (Joule).

Untuk lebih jelasnya, bayangkan sebuah tangki air yang terletak pada ketinggian tertentu. Sebuah pipa keluar dari tangki. Air di bawah tekanan alami meninggalkan tangki melalui pipa. Mari kita sepakat bahwa air adalah muatan listrik, tinggi kolom air (tekanan) adalah tegangan, dan debit air adalah listrik.

Jadi, semakin banyak air di tangki, semakin tinggi tekanannya. Demikian pula, dari sudut pandang listrik, semakin besar muatannya, semakin tinggi tegangannya.

Kami mulai mengalirkan air, sementara tekanan akan berkurang. Itu. tingkat pengisian turun - nilai tegangan berkurang. Fenomena ini dapat diamati pada senter, bola lampu bersinar redup saat baterai habis. Perhatikan bahwa semakin rendah tekanan air (tegangan), semakin rendah aliran air (arus).

Listrik

Listrik- Ini proses fisik gerak terarah partikel bermuatan di bawah aksi medan elektromagnetik dari satu kutub rangkaian listrik tertutup ke kutub lainnya. Partikel pengangkut muatan dapat berupa elektron, proton, ion, dan lubang. Dengan tidak adanya sirkuit tertutup, arus tidak mungkin. Partikel yang mampu membawa muatan listrik tidak ada di semua zat, zat yang ada di dalamnya disebut konduktor dan semikonduktor. Dan zat di mana tidak ada partikel seperti itu - dielektrik.

Satuan pengukuran kekuatan arus - Amper (TETAPI). Dalam rumus dan perhitungan, kekuatan saat ini ditunjukkan oleh huruf Saya . Arus sebesar 1 Ampere terbentuk ketika muatan sebesar 1 Coulomb (6,241 10 18 elektron) melewati suatu titik dalam rangkaian listrik dalam 1 sekon.

Mari kembali ke analogi air-listrik kita. Hanya sekarang mari kita ambil dua tangki dan mengisinya dengan jumlah air yang sama. Perbedaan antara tangki adalah pada diameter pipa outlet.

Mari kita buka keran dan pastikan aliran air dari tangki kiri lebih besar (diameter pipa lebih besar) daripada yang kanan. Pengalaman ini merupakan bukti nyata ketergantungan laju aliran pada diameter pipa. Sekarang mari kita coba menyamakan kedua aliran tersebut. Untuk melakukan ini, tambahkan air ke tangki kanan (pengisian). Ini akan memberikan lebih banyak tekanan (tegangan) dan meningkatkan laju aliran (arus). Dalam suatu rangkaian listrik, diameter pipa adalah perlawanan.

Eksperimen yang dilakukan dengan jelas menunjukkan hubungan antara tegangan, saat ini dan perlawanan. Kita akan berbicara lebih banyak tentang hambatan nanti, dan sekarang beberapa kata lagi tentang sifat-sifat arus listrik.

Jika tegangan tidak mengubah polaritasnya, plus menjadi minus, dan arus mengalir dalam satu arah, maka ini adalah D.C. dan sesuai tekanan konstan. Jika sumber tegangan mengubah polaritasnya dan arus mengalir ke satu arah, maka ke arah lain - ini sudah arus bolak-balik dan tegangan AC. Nilai maksimum dan minimum (ditandai pada grafik sebagai io ) - Ini amplitudo atau nilai puncak kekuatan saat ini. Di outlet rumah tangga, tegangan mengubah polaritasnya 50 kali per detik, mis. arus bolak-balik, ternyata frekuensi osilasi tersebut adalah 50 Hertz, atau singkatnya 50 Hz. Di beberapa negara, seperti Amerika Serikat, frekuensinya adalah 60 Hz.

Perlawanan

hambatan listrik – kuantitas fisik, yang menentukan sifat konduktor untuk mencegah (menahan) lewatnya arus. Satuan resistansi - ohm(dilambangkan ohm atau huruf Yunani omega Ω ). Dalam rumus dan perhitungan, resistensi ditunjukkan oleh huruf R . Sebuah penghantar mempunyai hambatan 1 ohm, pada kutub-kutubnya diberi tegangan 1 V dan arus 1 A mengalir.

Konduktor menghantarkan arus secara berbeda. Mereka daya konduksi tergantung, pertama-tama, pada bahan konduktor, serta pada penampang dan panjangnya. Bagaimana bagian yang lebih besar, semakin tinggi konduktivitas, tetapi semakin panjang, semakin rendah konduktivitas. Resistansi adalah kebalikan dari konduksi.

Pada contoh model pipa, resistansi dapat direpresentasikan sebagai diameter pipa. Semakin kecil, semakin buruk konduktivitas dan semakin tinggi resistansi.

Hambatan konduktor dimanifestasikan, misalnya, dalam pemanasan konduktor ketika arus mengalir di dalamnya. Selain itu, semakin besar arus dan semakin kecil penampang konduktor, semakin kuat pemanasan.

Kekuatan

Tenaga listrik adalah besaran fisika yang menentukan laju konversi listrik. Misalnya, Anda telah mendengar lebih dari sekali: "bola lampu dengan watt yang sangat banyak". Ini adalah daya yang dikonsumsi oleh bola lampu per unit waktu selama operasi, mis. mengubah satu bentuk energi menjadi energi lain dengan kecepatan tertentu.

Sumber listrik, seperti generator, juga dicirikan oleh daya, tetapi sudah dihasilkan per satuan waktu.

Satuan daya - Watt(dilambangkan sel atau W). Dalam rumus dan perhitungan, kekuatan ditunjukkan oleh huruf P . Untuk rangkaian AC, istilah ini digunakan Kekuatan penuh, satuan - Volt-ampere (V A atau VA), dilambangkan dengan huruf S .

Dan akhirnya tentang sirkuit listrik. Rangkaian ini adalah seperangkat komponen listrik yang mampu menghantarkan arus listrik dan terhubung satu sama lain dengan cara yang tepat.

Apa yang kita lihat pada gambar ini adalah peralatan listrik dasar (senter). di bawah tekanan kamu(B) sumber listrik (baterai) melalui penghantar dan komponen lain dengan hambatan yang berbeda 4,59 (220 Suara)

Sekarang saatnya mencari tahu apa itu resistensi. Bayangkan sekarang kisi kristal biasa. Jadi ... Semakin padat kristal terletak satu sama lain, semakin banyak muatan yang akan tertinggal di dalamnya. Jadi, mengatakan bahasa sederhana- semakin besar resistansi logam. Omong-omong, ketahanan logam biasa dapat ditingkatkan sementara dengan memanaskannya. "Kenapa bertanya. Ya, karena ketika dipanaskan, atom-atom logam mulai bergetar kuat di dekat posisinya yang terikat oleh ikatan. Oleh karena itu, muatan yang bergerak akan lebih sering bertabrakan dengan atom, yang berarti mereka akan lebih sering dan lebih lama berada di simpul. kisi kristal. Gambar 1 menunjukkan diagram perakitan visual, sehingga untuk berbicara untuk "belum tahu", di mana Anda dapat langsung melihat bagaimana mengukur tegangan pada resistansi. Dengan cara yang sama, Anda dapat mengukur tegangan pada bola lampu. Omong-omong, jika, seperti dapat dilihat dari gambar, baterai kita memiliki tegangan, katakanlah, 15V (Volt), dan hambatannya sedemikian rupa sehingga 10V "mengendap" di atasnya, maka sisa 5V akan jatuh pada lampu. bohlam.

Seperti inilah hukum Ohm untuk rangkaian tertutup.

Jika Anda tidak merinci, maka hukum ini mengatakan bahwa tegangan sumber daya sama dengan jumlah penurunan tegangan di semua bagiannya. Itu. dalam kasus kami, 15V = 10V + 5V. Tapi ... jika Anda mempelajari sedikit detailnya, maka Anda perlu tahu bahwa apa yang kami sebut tegangan baterai tidak lebih dari nilainya ketika konsumen terhubung (dalam kasus kami, itu adalah bola lampu + resistansi) . Jika Anda melepaskan bola lampu dengan hambatan dan mengukur tegangan pada baterai, maka itu akan sedikit lebih dari 15V. Ini akan menjadi tegangan rangkaian terbuka dan disebut EMF baterai - gaya gerak listrik. Pada kenyataannya, rangkaian akan bekerja seperti yang ditunjukkan pada Gbr.2. Pada kenyataannya, baterai dapat dibayangkan sebagai baterai lain dengan tegangan, katakanlah, 16V, yang memiliki resistansi internal Rin sendiri. Nilai resistansi ini sangat kecil dan disebabkan oleh fitur teknologi manufaktur. Dapat dilihat dari gambar bahwa ketika beban dihubungkan, sebagian dari tegangan baterai akan "menetap" pada resistansi internalnya dan pada outputnya tidak lagi menjadi 16V, tetapi 15V, mis. 1B akan "diserap" oleh resistansi internalnya. Dan hukum Ohm untuk rangkaian tertutup juga berfungsi di sini. Jumlah tegangan di semua bagian rangkaian adalah: sama dengan EMF baterai. 16V = 1V + 10V + 5V. Satuan ukuran hambatan adalah besaran yang disebut ohm. Dinamakan demikian untuk menghormati fisikawan Jerman Georg Simon Ohm, yang terlibat dalam karya-karya ini. 1 ohm sama dengan hambatan listrik konduktor (bisa, misalnya, bola lampu) di antara ujung-ujungnya tegangan 1 volt muncul pada arus searah 1 ampere. Untuk menentukan resistansi lampu, perlu untuk mengukur tegangan di atasnya dan mengukur arus di sirkuit (lihat Gambar 5). Dan kemudian membagi nilai tegangan yang dihasilkan dengan nilai arus (R=U/I). Resistensi dalam rangkaian listrik dapat dihubungkan secara seri (akhir yang pertama dengan awal yang kedua - dalam hal ini mereka dapat ditentukan secara sewenang-wenang) dan secara paralel (awal dengan awal, akhir dengan akhir - dan dalam hal ini kasus mereka dapat ditunjuk secara sewenang-wenang). Pertimbangkan kedua kasus menggunakan bola lampu sebagai contoh - lagipula, filamennya terdiri dari tungsten, mis. adalah resistensi. Kasus koneksi serial ditunjukkan pada Gbr.3.

Ternyata diketahui semua orang (dan, oleh karena itu, kami akan menganggapnya dapat dimengerti - karangan bunga). Dengan koneksi seperti itu, arus I akan sama di mana-mana, terlepas dari apakah itu lampu yang sama untuk tegangan yang sama atau untuk yang berbeda. Kami harus segera melakukan reservasi bahwa lampu dianggap sama, di mana:

1. tegangan dan arus yang sama ditunjukkan (seperti bola lampu dari senter);
2. tegangan dan daya yang sama ditunjukkan (seperti lampu penerangan).

Tegangan U dari sumber daya dalam hal ini "menyebar" ke semua lampu, mis. U = U1 + U2 + U3. Pada saat yang sama, jika lampunya sama, tegangannya akan sama pada semuanya. Jika lampu tidak sama, maka tergantung pada hambatan masing-masing lampu tertentu. Dalam kasus pertama, tegangan pada setiap lampu dapat dengan mudah dihitung dengan membagi tegangan sumber dengan jumlah total lampu. Dalam kasus kedua, Anda perlu mempelajari perhitungannya. Kami akan membahas semua ini dalam tugas bagian ini. Jadi, kami menemukan bahwa koneksi serial konduktor (dalam hal ini, lampu), tegangan U di ujung seluruh rangkaian sama dengan jumlah tegangan konduktor yang terhubung seri (lampu) - U = U1 + U2 + U3. Menurut hukum Omad untuk penampang rangkaian: U1 = I*R1, U2 = I*R2, U3 = I*R3, U = I*R dimana R1 adalah hambatan filamen lampu pertama (konduktor), R2 adalah yang kedua dan R3 adalah yang ketiga, R adalah hambatan total semua lampu. Mengganti nilai U dengan I*R, U1 dengan I*R1, U2 dengan I*R2, U3 dengan I*R3 dalam ekspresi “U = U1 + U2 +U”, kita mendapatkan I*R = I*(R1+ R2+R3). Oleh karena itu R \u003d R1 + R2 + R3 Kesimpulan: ketika konduktor dihubungkan secara seri, resistansi totalnya sama dengan jumlah resistansi semua konduktor. Mari kita simpulkan: switching seri digunakan untuk beberapa konsumen (misalnya, lampu karangan bunga Tahun Baru) dengan tegangan suplai lebih rendah dari tegangan sumber ..

Kasus koneksi paralel konduktor ditunjukkan pada Gbr.4.

Pada koneksi paralel konduktor, awal dan ujungnya memiliki titik koneksi yang sama ke sumbernya. Pada saat yang sama, tegangan pada semua lampu (konduktor) adalah sama, terlepas dari yang mana dan tegangan apa yang dirancang, karena terhubung langsung ke sumbernya. Secara alami, jika lampu berada pada tegangan yang lebih rendah dari sumber tegangan, lampu akan padam. Tetapi arus I akan sama dengan jumlah arus di semua lampu, mis. I = I1 + I2 + I3. Dan lampu dapat memiliki daya yang berbeda - masing-masing akan mengambil arus yang dirancang untuknya. Ini dapat dipahami jika alih-alih sumber kita membayangkan soket dengan tegangan 220V, dan alih-alih lampu - terhubung dengannya, misalnya, setrika, lampu meja dan pengisi daya telepon. Resistansi masing-masing perangkat dalam rangkaian seperti itu ditentukan dengan membagi tegangannya dengan arus yang dikonsumsi ... lagi, menurut hukum Ohm untuk bagian rangkaian, mis.

Mari kita segera menyatakan fakta bahwa ada nilai yang berbanding terbalik dengan resistansi dan itu disebut konduktivitas. Ini ditunjuk Y. Dalam sistem SI, itu ditunjuk sebagai CM (Siemens). Resistensi timbal balik berarti bahwa

Tanpa masuk ke kesimpulan matematis, katakan saja ketika konduktor dihubungkan secara paralel (apakah itu lampu, setrika, oven microwave atau televisi), kebalikan dari resistansi total sama dengan jumlah kebalikan dari resistansi semua konduktor. dihubungkan secara paralel, yaitu

Mengingat bahwa

Terkadang dalam tugas mereka menulis Y = Y1 + Y2 + Y3. Ini sama. Ada juga rumus yang lebih mudah untuk menemukan hambatan total dari dua resistor yang dihubungkan secara paralel. Ini terlihat seperti ini:

Mari kita simpulkan: metode switching paralel digunakan untuk menghubungkan lampu penerangan dan peralatan listrik rumah tangga ke jaringan listrik.

Seperti yang kita ketahui, tumbukan elektron bebas dalam konduktor dengan atom kisi kristal memperlambat gerakan maju mereka ... Ini adalah penangkalan terhadap gerakan terarah elektron bebas, mis. arus searah, adalah esensi fisik dari resistansi konduktor. Mekanisme hambatan arus searah dalam elektrolit dan gas serupa. Sifat konduktif bahan menentukan resistivitas volumenya v, yang sama dengan hambatan antara sisi yang berlawanan dari sebuah kubus dengan tepi 1 m, terbuat dari bahan ini. Kebalikan dari resistivitas volume disebut konduktivitas volume dan sama dengan = 1/ρv. Satuan hambatan volume adalah 1 Ohm * m, konduktivitas volumetrik - 1 Sm / m. Hambatan DC konduktor tergantung pada suhu. Dalam kasus umum, ketergantungan yang agak kompleks diamati. Tetapi dengan perubahan suhu dalam batas yang relatif sempit (sekitar 200 ° C), dapat dinyatakan dengan rumus:

di mana R2 dan R1 adalah resistansi, masing-masing, pada suhu T1 dan T2; - koefisien temperatur resistansi, sama dengan perubahan relatif resistansi ketika temperatur berubah sebesar 1°C.

Konsep Penting

Perangkat listrik yang memiliki hambatan dan digunakan untuk membatasi arus disebut resistor. Resistor yang dapat disesuaikan (yaitu, dimungkinkan untuk mengubah resistansi) disebut rheostat.

Elemen resistif adalah model ideal resistor dan perangkat listrik lainnya atau bagiannya yang menahan arus searah, terlepas dari sifat fisik fenomena ini. Mereka digunakan dalam persiapan rangkaian ekivalen rangkaian dan perhitungan modenya. Dalam idealisasi, arus melalui lapisan isolasi resistor, rangka rheostat kawat, dll. diabaikan.

Elemen resistif linier adalah rangkaian ekivalen untuk setiap bagian dari perangkat listrik di mana arus sebanding dengan tegangan. Parameternya adalah resistansi R = const. R = const artinya nilai hambatannya konstan (const artinya konstan).
Jika ketergantungan arus pada tegangan adalah non-linier, maka rangkaian ekivalen mengandung elemen resistif non-linier, yang diberikan oleh karakteristik tegangan arus non-linier (karakteristik volt-ampere) I (U) - dibaca sebagai " Dan dari U". Gambar 5 menunjukkan karakteristik arus-tegangan elemen resistif linier (saluran a) dan non-linier (garis b), serta penunjukannya pada rangkaian ekivalen.