Apa itu resistansi ohm. Hambatan listrik - Knowledge Hypermarket

Resistansi konduktor - kemampuan material untuk menahan aliran arus listrik. Termasuk kasus efek kulit bolak-balik tegangan frekuensi tinggi.

Definisi fisik

Bahan dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan resistivitas. Nilai yang dipertimbangkan - resistensi - dianggap sebagai kunci, itu akan memungkinkan untuk melakukan gradasi semua zat yang ditemukan di alam:

Konduktor - bahan dengan resistivitas hingga 10 m Berlaku untuk sebagian besar logam, grafit.
Dielektrik - resistivitas 100 MΩ m - 10 PΩ m Awalan Peta digunakan dalam konteks derajat lima belas dari sepuluh.
Semikonduktor adalah sekelompok bahan listrik dengan resistivitas mulai dari konduktor hingga dielektrik.

Resistivitas disebut, memungkinkan Anda untuk mengkarakterisasi parameter potongan kawat sepanjang 1 meter, area 1 meter persegi. Sebagian besar waktu sulit untuk menggunakan angka. Penampang kabel nyata jauh lebih kecil. Misalnya, untuk PV-3, luasnya puluhan milimeter. Perhitungannya disederhanakan jika Anda menggunakan satuan Ohm persegi mm / m (lihat Gambar).

Resistivitas logam

Resistivitas dilambangkan huruf Yunani"ro", untuk mendapatkan indeks resistansi, kalikan nilainya dengan panjangnya, bagi dengan luas sampel. Konversi antara satuan standar pengukuran Ohm m lebih sering digunakan untuk perhitungan menunjukkan: hubungan dibangun melalui pangkat enam dari sepuluh. Kadang-kadang akan mungkin untuk menemukan informasi mengenai resistivitas tembaga di antara nilai-nilai tabel:

168 m;
0,00175 ohm persegi. mmm.

Sangat mudah untuk memastikan bahwa jumlahnya berbeda sekitar 4%, pastikan dengan casting unit. Ini berarti bahwa angka-angka yang diberikan untuk tingkat tembaga. Jika perhitungan yang tepat diperlukan, pertanyaannya ditentukan tambahan, secara terpisah. Informasi tentang resistivitas sampel diperoleh murni secara empiris. Sepotong kawat dengan penampang yang diketahui, panjangnya terhubung ke kontak multimeter. Untuk mendapatkan jawaban, Anda perlu membagi bacaan dengan panjang sampel, dikalikan dengan luas penampang. Dalam pengujian, seharusnya memilih sampel yang lebih otentik, meminimalkan kesalahan. Sebagian besar penguji diberkahi dengan akurasi yang tidak memadai untuk mendapatkan nilai yang valid.

Jadi, tidak nyaman bagi mereka yang takut pada fisikawan, yang putus asa untuk menguasai multimeter Cina, untuk bekerja dengan resistivitas. Jauh lebih mudah untuk mengambil potongan yang sudah jadi (dengan panjang yang lebih besar), mengevaluasi parameter potongan penuh. Dalam praktiknya, pecahan Ohm memainkan peran kecil, tindakan ini dilakukan untuk memperkirakan kerugian. Langsung ditentukan oleh resistansi aktif dari bagian sirkuit dan secara kuadrat tergantung pada arus. Mengingat hal di atas, kami perhatikan: konduktor dalam teknik listrik biasanya dibagi menjadi dua kategori sesuai dengan penerapannya:

Bahan konduktivitas tinggi, resistensi tinggi. Yang pertama digunakan untuk membuat kabel, yang terakhir - resistansi (resistor). Tidak ada perbedaan yang jelas dalam tabel, kepraktisan diperhitungkan. Perak dengan resistansi rendah tidak digunakan sama sekali untuk membuat kabel, jarang untuk kontak perangkat. Untuk alasan yang jelas.
Paduan dengan elastisitas tinggi digunakan untuk membuat bagian pembawa arus yang fleksibel: pegas, bagian kontaktor yang berfungsi. Resistensi biasanya harus dijaga agar tetap minimum. Jelas bahwa tembaga biasa, yang memiliki tingkat plastisitas tinggi, pada dasarnya tidak cocok untuk tujuan ini.
Paduan dengan koefisien ekspansi termal tinggi atau rendah. Yang pertama berfungsi sebagai dasar untuk pembuatan pelat bimetal yang secara struktural berfungsi sebagai dasar. Yang terakhir membentuk kelompok paduan invar. Sering dibutuhkan jika penting bentuk geometris. Pada pemegang filamen (mengganti tungsten mahal) dan sambungan kedap vakum di sambungan dengan kaca. Tetapi bahkan lebih sering, paduan Invar tidak ada hubungannya dengan listrik, mereka digunakan sebagai bagian dari peralatan dan perangkat mesin.

Rumus untuk menghubungkan resistivitas dengan ohmik

Dasar fisik konduktivitas listrik

Hambatan konduktor diakui sebagai kebalikan dari konduktivitas listrik. Dalam teori modern, belum ditetapkan secara menyeluruh bagaimana proses generasi saat ini terjadi. Fisikawan sering menabrak dinding, mengamati fenomena yang tidak dapat dijelaskan dengan cara apa pun dari sudut pandang konsep yang diajukan sebelumnya. Hari ini, teori band dianggap dominan. Hal ini diperlukan untuk memberikan kunjungan singkat ke dalam pengembangan ide-ide tentang struktur materi.

Awalnya, diasumsikan bahwa zat diwakili oleh zat bermuatan positif, elektron mengapung di dalamnya. Begitu pikir Lord Kelvin (nee Thomson) yang terkenal kejam, yang dengannya nama satuan pengukuran suhu absolut. Untuk pertama kalinya dibuat asumsi tentang struktur planet dari atom Rutherford. Teori yang diajukan pada tahun 1911 didasarkan pada fakta bahwa radiasi alfa dibelokkan oleh zat dengan dispersi besar (partikel individu mengubah sudut terbang dengan jumlah yang sangat signifikan). Berdasarkan prasyarat yang ada, penulis menyimpulkan: muatan positif atom terkonsentrasi di dalam wilayah kecil ruang, yang disebut nukleus. Fakta dari kasus-kasus individu dari penyimpangan yang kuat dari sudut terbang disebabkan oleh fakta bahwa jalur partikel berlari di sekitar nukleus.

Jadi batas-batas dimensi geometris ditetapkan elemen individu dan untuk zat yang berbeda. Kami menyimpulkan bahwa diameter inti emas cocok di wilayah 3 sore (pico adalah awalan pangkat dua belas negatif dari sepuluh). Pengembangan lebih lanjut Teori struktur zat dilakukan oleh Bohr pada tahun 1913. Berdasarkan pengamatan perilaku ion hidrogen, ia menyimpulkan bahwa muatan atom adalah satu, dan massanya ditentukan kira-kira seperenam belas dari oksigen. Bohr menyarankan bahwa elektron ditahan oleh gaya tarik-menarik yang ditentukan oleh Coulomb. Oleh karena itu, ada sesuatu yang tidak jatuh pada intinya. Bohr menyarankan bahwa gaya sentrifugal yang timbul dari rotasi partikel di orbit yang harus disalahkan.

Amandemen penting pada tata letak dibuat oleh Sommerfeld. Mengizinkan eliptisitas orbit, memperkenalkan dua bilangan kuantum menggambarkan lintasan – n dan k. Bohr memperhatikan bahwa teori Maxwell untuk model itu gagal. Sebuah partikel yang bergerak harus menghasilkan medan magnet di ruang angkasa, maka elektron secara bertahap akan jatuh pada nukleus. Oleh karena itu, kita harus mengakui: ada orbit di mana radiasi energi ke ruang angkasa tidak terjadi. Sangat mudah untuk melihat: asumsi bertentangan satu sama lain, sekali lagi mengingatkan: resistansi konduktor, sebagai kuantitas fisik, fisikawan saat ini tidak dapat menjelaskannya.

Mengapa? Teori zona telah memilih postulat Bohr sebagai dasar, yang mengatakan: posisi orbit adalah diskrit, mereka dihitung terlebih dahulu, parameter geometris dihubungkan oleh beberapa hubungan. Kesimpulan ilmuwan harus dilengkapi dengan mekanika gelombang, karena model matematika tidak berdaya untuk menjelaskan beberapa fenomena. Teori modern mengatakan: untuk setiap zat ada tiga zona dalam keadaan elektron:

Pita valensi elektron terikat kuat pada atom. Dibutuhkan banyak energi untuk memutuskan ikatan. Elektron dari pita valensi tidak berpartisipasi dalam konduksi.
Pita konduksi, elektron, ketika kekuatan medan terjadi dalam suatu zat, membentuk arus listrik (gerakan pembawa muatan yang teratur).
Zona terlarang adalah wilayah keadaan energi di mana elektron tidak dapat berada dalam kondisi normal.

Pengalaman Jung yang tidak bisa dijelaskan

Menurut teori pita, pita konduksi dari suatu konduktor tumpang tindih dengan pita valensi. Awan elektron terbentuk, mudah terbawa oleh ketegangan Medan listrik, membentuk arus. Untuk alasan ini, resistansi konduktor sangat kecil. Selain itu, para ilmuwan melakukan upaya yang sia-sia untuk menjelaskan apa itu elektron. Hanya diketahui bahwa partikel elementer menunjukkan sifat gelombang dan sel darah. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menempatkan fakta pada tempatnya: tidak mungkin dengan probabilitas 100% untuk secara bersamaan menentukan lokasi elektron dan energi.

Adapun bagian empiris, para ilmuwan telah memperhatikan bahwa percobaan Young dengan elektron memberikan hasil yang menarik. Ilmuwan melewati aliran foton melalui dua celah dekat perisai, pola interferensi diperoleh, disusun oleh serangkaian pinggiran. Mereka menyarankan melakukan tes dengan elektron, keruntuhan terjadi:

Jika elektron melewati berkas, melewati dua celah, pola interferensi terbentuk. Ini seperti foton yang bergerak.
Jika elektron ditembakkan satu per satu, tidak ada yang berubah. Oleh karena itu... satu partikel dipantulkan dari dirinya sendiri, ada sekaligus di beberapa tempat?
Kemudian mereka mulai mencoba untuk memperbaiki momen ketika elektron melewati bidang perisai. Dan… pola interferensi menghilang. Ada dua titik di seberang retakan.

Efeknya tidak berdaya untuk dijelaskan dengan poin ilmiah penglihatan. Ternyata elektron "menebak" tentang pengamatan yang sedang berlangsung, berhenti menunjukkan sifat gelombang. Menunjukkan keterbatasan ide-ide modern fisika. Alangkah baiknya jika Anda bisa menikmatinya! Ilmuwan lain mengusulkan untuk mengamati partikel ketika mereka telah melewati celah (terbang ke arah tertentu). Dan apa? Sekali lagi, elektron tidak lagi menunjukkan sifat gelombang.

Ternyata, partikel dasar kembali dalam waktu. Pada saat mereka melewati celah. Menembus misteri masa depan, mengetahui apakah akan ada pengawasan. Perilaku disesuaikan tergantung pada fakta. Jelas, jawabannya tidak bisa tepat sasaran. Misteri itu masih menunggu untuk dipecahkan. Omong-omong, teori Einstein, yang dikemukakan pada awal abad ke-20, kini telah dibantah: telah ditemukan partikel-partikel yang kecepatannya melebihi kecepatan cahaya.

Bagaimana hambatan konduktor terbentuk?

Pandangan modern mengatakan: elektron bebas bergerak di sepanjang konduktor dengan kecepatan sekitar 100 km / s. Di bawah aksi bidang yang muncul di dalam, penyimpangan diatur. Kecepatan pergerakan pembawa di sepanjang garis tegangan kecil, beberapa sentimeter per menit. Selama pergerakan, elektron bertabrakan dengan atom kisi kristal, sejumlah energi diubah menjadi panas. Dan ukuran transformasi ini biasanya disebut resistansi konduktor. Semakin tinggi semakin banyak energi listrik berubah menjadi panas. Ini adalah prinsip pengoperasian pemanas.

Sejajar dengan konteksnya adalah ekspresi numerik dari konduktivitas material, yang dapat dilihat pada gambar. Untuk mendapatkan resistansi, perlu untuk membagi unit dengan nomor yang ditentukan. Jalannya transformasi lebih lanjut dibahas di atas. Dapat dilihat bahwa resistansi tergantung pada parameter - pergerakan suhu elektron dan panjang jalur bebasnya, yang secara langsung mengarah ke struktur. kisi kristal zat. Penjelasan - resistansi konduktor berbeda. Tembaga memiliki lebih sedikit aluminium.

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, yaitu bejana logam yang diisi dengan sejenis larutan yang menghantarkan arus 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.

Hambatan listrik dipahami sebagai hambatan apa pun yang mendeteksi arus ketika melewati rangkaian tertutup, melemahkan atau menghambat aliran bebas muatan listrik.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Mengukur resistansi dengan multimeter" width="600" height="490">!}

Mengukur resistansi dengan multimeter

Konsep fisik perlawanan

Elektron bersirkulasi dalam konduktor secara terorganisir sebagai arus mengalir, sesuai dengan hambatan yang mereka hadapi di sepanjang jalan. Semakin rendah resistansi ini, semakin besar keteraturan yang ada dalam mikrokosmos elektron. Tetapi ketika resistensinya tinggi, mereka mulai bertabrakan satu sama lain dan mengeluarkan energi termal. Dalam hal ini, suhu konduktor selalu naik sedikit, dengan jumlah yang lebih besar, semakin tinggi elektron menemukan resistensi terhadap gerakannya.

Bahan-bahan yang digunakan

Semua logam yang dikenal kurang lebih tahan terhadap aliran arus, termasuk konduktor terbaik. Emas dan perak memiliki resistansi paling kecil, tetapi harganya mahal, sehingga bahan yang paling umum digunakan adalah tembaga, yang memiliki konduktivitas listrik yang tinggi. Aluminium digunakan dalam skala yang lebih kecil.

Kawat nikrom memiliki ketahanan tertinggi terhadap aliran arus (paduan nikel (80%) dan kromium (20%)). Ini banyak digunakan dalam resistor.

Bahan resistor lain yang banyak digunakan adalah karbon. Dari situ, resistansi tetap dan rheostat dibuat untuk digunakan dalam sirkuit elektronik. Resistor dan potensiometer tetap digunakan untuk mengontrol nilai arus dan tegangan, misalnya, saat mengontrol volume dan nada amplifier audio.

Perhitungan resistansi

Untuk menghitung nilai hambatan beban, rumus yang diturunkan dari hukum Ohm digunakan sebagai rumus utama jika nilai arus dan tegangan diketahui:

Satuan ukurannya adalah Ohm.

Untuk koneksi serial resistor, resistansi total ditemukan dengan menjumlahkan nilai individu:

R = R1 + R2 + R3 + …..

Pada koneksi paralel ekspresi yang digunakan:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

Dan bagaimana menemukan hambatan listrik untuk kawat, mengingat parameter dan bahan pembuatannya? Ada rumus resistensi lain untuk ini:

R \u003d x l / S, di mana:

l adalah panjang kawat,
S adalah dimensi penampangnya,
adalah resistansi volume spesifik dari bahan kawat.

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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Rumus resistensi

Dimensi geometris kawat dapat diukur. Tetapi untuk menghitung hambatan menggunakan rumus ini, Anda perlu mengetahui koefisien .

Penting! mengalahkan nilai hambatan volume telah dihitung untuk bahan yang berbeda dan diringkas dalam tabel khusus.

Nilai koefisien memungkinkan Anda untuk membandingkan resistansi jenis yang berbeda konduktor pada suhu tertentu sesuai dengan properti fisik terlepas dari ukuran. Hal ini dapat diilustrasikan dengan contoh-contoh.

Contoh perhitungan hambatan listrik kawat tembaga, panjang 500 m:

Jika dimensi bagian kawat tidak diketahui, Anda dapat mengukur diameternya dengan jangka sorong. Katakanlah itu 1.6mm;
Saat menghitung luas penampang, rumus digunakan:

Maka S = 3,14 x (1,6 / 2)² = 2 mm²;

Menurut tabel, kami menemukan nilai untuk tembaga, sama dengan 0,0172 Ohm x m / mm²;
Sekarang hambatan listrik dari konduktor yang dihitung adalah:

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

Contoh lain– kawat nichrome dengan penampang 0,1 mm², panjang 1 m:

Indeks untuk nichrome adalah 1,1 Ohm x m / mm²;
R \u003d x l / S \u003d 1,1 x 1 / 0,1 \u003d 11 ohm.

Dua contoh dengan jelas menunjukkan bahwa kawat nikrom dengan panjang satu meter dan penampang 20 kali lebih kecil memiliki hambatan listrik 2,5 kali lebih besar dari kawat tembaga 500 meter.

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

Resistivitas beberapa logam

Penting! Resistansi dipengaruhi oleh suhu, dengan peningkatan yang meningkat dan, sebaliknya, menurun dengan penurunan.

impedansi

Impedansi adalah istilah yang lebih umum untuk resistansi yang memperhitungkan beban reaktif. Perhitungan resistansi loop arus bolak-balik adalah menghitung impedansi.

Sementara resistor memberikan resistansi untuk tujuan tertentu, reaktif adalah produk sampingan yang tidak menguntungkan dari beberapa komponen rangkaian listrik.

Dua jenis reaktansi:

Induktif. Dibuat oleh kumparan. Rumus perhitungan:

X (L) = 2π x f x L, dimana:

f adalah frekuensi arus (Hz),
L - induktansi (H);

kapasitif. Dibuat oleh kapasitor. Dihitung dengan rumus:

X (C) = 1/(2π x f x C),

di mana C adalah kapasitansi (F).

Seperti rekan aktifnya, reaktansi dinyatakan dalam ohm dan juga membatasi aliran arus melalui loop. Jika ada kapasitansi dan induktor di sirkuit, maka resistansi total adalah:

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

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

Reaktansi aktif, induktif dan kapasitif

Penting! Dari rumus beban reaktif berikut: fitur menarik. Dengan peningkatan frekuensi arus bolak-balik dan induktansi, X (L) meningkat. Sebaliknya, semakin tinggi frekuensi dan kapasitansi, semakin kecil X (C).

Mencari impedansi (Z) bukan penambahan sederhana dari komponen aktif dan reaktif:

Z = (R² + X²).

Contoh 1

Sebuah kumparan dalam rangkaian dengan arus frekuensi daya memiliki resistansi aktif 25 Ohm dan induktansi 0,7 H. Anda dapat menghitung impedansi:

X (L) \u003d 2π x f x L \u003d 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 \u003d X (L) / R \u003d 218,45 / 25 \u003d 8,7.

Sudut kira-kira sama dengan 83 derajat.

Contoh 2

Ada kapasitor dengan kapasitas 100 mikrofarad dan resistansi internal 12 ohm. Anda dapat menghitung impedansi:

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

Di Internet, Anda dapat menemukan kalkulator online untuk menyederhanakan perhitungan resistansi dan impedansi seluruh rangkaian listrik atau bagiannya. Di sana Anda hanya perlu menyimpan data yang dihitung dan mencatat hasil perhitungan.

Video

Konsep hambatan listrik dan konduktivitas

Setiap benda yang dialiri arus listrik memiliki hambatan tertentu terhadapnya. Sifat bahan konduktor untuk mencegah lewatnya arus listrik melaluinya disebut hambatan listrik.

Teori elektronik menjelaskan esensi dari hambatan listrik konduktor logam dengan cara ini. Ketika bergerak di sepanjang konduktor, elektron bebas bertemu atom dan elektron lain berkali-kali dalam perjalanan mereka dan, berinteraksi dengan mereka, pasti kehilangan sebagian energinya. Elektron mengalami, seolah-olah, perlawanan terhadap gerakan mereka. Berbagai konduktor logam memiliki perbedaan struktur atom, memiliki hambatan yang berbeda terhadap arus listrik.

Persis sama menjelaskan hambatan konduktor cair dan gas terhadap aliran arus listrik. Namun, orang tidak boleh lupa bahwa dalam zat ini, bukan elektron, tetapi partikel molekul bermuatan yang menemui hambatan selama pergerakannya.

Resistansi ditunjukkan dengan huruf latin R atau r.

Ohm diambil sebagai satuan hambatan listrik.

Ohm adalah hambatan kolom air raksa setinggi 106,3 cm dengan penampang 1 mm2 pada suhu 0 °C.

Jika, misalnya, hambatan listrik konduktor adalah 4 ohm, maka ditulis sebagai berikut: R \u003d 4 ohm atau r \u003d 4 ohm.

Untuk mengukur resistansi nilai yang besar, unit yang disebut megohm diadopsi.

Satu meg sama dengan satu juta ohm.

Semakin besar hambatan konduktor, semakin buruk ia menghantarkan arus listrik, dan sebaliknya, semakin rendah hambatan konduktor, semakin mudah arus listrik melewati konduktor ini.

Oleh karena itu, untuk mengkarakterisasi konduktor (dalam hal aliran arus listrik yang melaluinya), seseorang dapat mempertimbangkan tidak hanya resistansi, tetapi juga kebalikan dari resistansi dan disebut konduktivitas.

konduktivitas listrik Kemampuan suatu bahan untuk melewatkan arus listrik melalui dirinya sendiri disebut.

Karena konduktivitas adalah kebalikan dari resistansi, itu dinyatakan sebagai 1 / R, konduktivitas dilambangkan huruf latin g.

Pengaruh bahan konduktor, dimensi dan suhu lingkungan pada nilai hambatan listrik

Resistansi berbagai konduktor tergantung pada bahan dari mana mereka dibuat. Untuk mengkarakterisasi hambatan listrik berbagai bahan memperkenalkan konsep yang disebut resistivitas.

Resistivitas adalah hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 m dan dengan luas penampang 1 mm2. Resistivitas dilambangkan dengan huruf Yunani p. Setiap bahan dari mana konduktor dibuat memiliki resistivitasnya sendiri.

Misalnya, resistivitas tembaga adalah 0,017, yaitu, konduktor tembaga dengan panjang 1 m dan penampang 1 mm2 memiliki resistansi 0,017 ohm. Resistivitas aluminium adalah 0,03, resistivitas besi adalah 0,12, resistivitas konstantan adalah 0,48, resistivitas nichrome adalah 1-1,1.

Hambatan suatu penghantar berbanding lurus dengan panjangnya, yaitu semakin panjang penghantar, semakin besar hambatan listriknya.

Hambatan suatu penghantar berbanding terbalik dengan luas penampangnya, yaitu semakin tebal suatu penghantar, semakin kecil hambatannya, dan sebaliknya semakin tipis suatu penghantar, semakin besar hambatannya.

Untuk lebih memahami hubungan ini, bayangkan dua pasang pembuluh yang berkomunikasi, dengan satu pasang pembuluh memiliki tabung penghubung tipis dan yang lainnya memiliki tabung yang tebal. Jelas bahwa ketika salah satu bejana (masing-masing pasangan) diisi dengan air, transisinya ke bejana lain melalui tabung tebal akan terjadi jauh lebih cepat daripada melalui tabung tipis, yaitu, tabung tebal akan memberikan hambatan yang lebih kecil terhadap aliran air. air. Dengan cara yang sama, lebih mudah bagi arus listrik untuk melewati konduktor tebal daripada melalui yang tipis, yaitu, yang pertama menawarkan hambatan yang lebih kecil daripada yang kedua.

Hambatan listrik suatu konduktor sama dengan resistansi spesifik bahan dari mana konduktor ini dibuat, dikalikan dengan panjang konduktor dan dibagi dengan luas penampang konduktor:

R = R l / S,

Di mana - R - resistansi konduktor, ohm, l - panjang konduktor dalam m, S - luas penampang konduktor, mm 2.

Luas penampang konduktor bulat dihitung dengan rumus:

S = d 2 / 4

Dimana - nilai konstan sama dengan 3,14; d adalah diameter konduktor.

Jadi panjang konduktor ditentukan:

l = S R / p ,

Rumus ini memungkinkan untuk menentukan panjang konduktor, penampang dan resistivitasnya, jika jumlah lain yang termasuk dalam rumus diketahui.

Jika perlu untuk menentukan luas penampang konduktor, maka rumusnya direduksi menjadi bentuk berikut:

S = R l / R

Mengubah rumus yang sama dan menyelesaikan persamaan sehubungan dengan p, kami menemukan resistivitas konduktor:

R = R S / l

Rumus terakhir harus digunakan dalam kasus di mana resistansi dan dimensi konduktor diketahui, dan materialnya tidak diketahui dan, lebih jauh lagi, sulit untuk ditentukan dengan penampilan. Untuk melakukan ini, perlu untuk menentukan resistivitas konduktor dan, menggunakan tabel, menemukan bahan yang memiliki resistivitas seperti itu.

Alasan lain yang mempengaruhi resistansi konduktor adalah suhu.

Telah ditetapkan bahwa dengan meningkatnya suhu, resistansi konduktor logam meningkat, dan menurun dengan menurunnya. Kenaikan atau penurunan resistansi untuk konduktor logam murni ini hampir sama dan rata-rata 0,4% per 1°C. Hambatan konduktor cair dan batubara menurun dengan meningkatnya suhu.

Teori elektronik struktur materi memberikan penjelasan berikut untuk peningkatan resistansi konduktor logam dengan peningkatan suhu. Ketika dipanaskan, konduktor menerima energi panas, yang mau tidak mau ditransfer ke semua atom zat, akibatnya intensitas gerakannya meningkat. Peningkatan pergerakan atom menciptakan lebih banyak resistensi terhadap pergerakan elektron bebas yang terarah, itulah sebabnya resistansi konduktor meningkat. Ketika suhu menurun, ada Kondisi yang lebih baik untuk pergerakan elektron yang terarah, dan resistansi konduktor berkurang. Ini menjelaskan fenomena menarik - superkonduktivitas logam.

Superkonduktivitas, yaitu, penurunan resistansi logam menjadi nol, terjadi dengan besar suhu negatif- 273° C, disebut nol mutlak. Pada suhu nol mutlak, atom-atom logam tampak membeku di tempatnya, tanpa menghalangi pergerakan elektron sama sekali.

Hukum Ohm adalah hukum dasar rangkaian listrik. Pada saat yang sama, ini memungkinkan kita untuk menjelaskan banyak fenomena alam. Misalnya, orang dapat memahami mengapa listrik tidak "mengalahkan" burung-burung yang duduk di kabel. Untuk fisika, hukum Ohm sangat penting. Tanpa sepengetahuannya, mustahil untuk membuat rangkaian listrik yang stabil atau tidak akan ada elektronik sama sekali.

Dependensi I = I(U) dan nilainya

Sejarah penemuan hambatan bahan berhubungan langsung dengan karakteristik tegangan arus. Apa itu? Mari kita ambil rangkaian dengan arus listrik konstan dan pertimbangkan salah satu elemennya: lampu, tabung gas, konduktor logam, labu elektrolit, dll.

Dengan mengubah tegangan U (sering disebut sebagai V) yang diterapkan pada elemen yang bersangkutan, kita akan melacak perubahan kekuatan arus (I) yang melewatinya. Akibatnya, kita akan mendapatkan ketergantungan bentuk I \u003d I (U), yang disebut "karakteristik tegangan elemen" dan merupakan indikator langsung dari sifat listriknya.

Karakteristik volt-ampere mungkin terlihat berbeda untuk elemen yang berbeda. Bentuk paling sederhana diperoleh dengan mempertimbangkan konduktor logam, yang dilakukan oleh Georg Ohm (1789 - 1854).

Karakteristik arus-tegangan adalah hubungan linier. Oleh karena itu, grafiknya adalah garis lurus.

Hukum dalam bentuknya yang paling sederhana

Penelitian Ohm tentang karakteristik arus-tegangan penghantar menunjukkan bahwa kuat arus di dalam penghantar logam sebanding dengan beda potensial pada ujungnya (I ~ U) dan berbanding terbalik dengan koefisien tertentu, yaitu I ~ 1/R. Koefisien ini mulai disebut "hambatan konduktor", dan satuan pengukuran hambatan listrik adalah Ohm atau V/A.

Perlu dicatat satu hal lagi. Hukum Ohm sering digunakan untuk menghitung hambatan dalam rangkaian.

Kata-kata dari undang-undang

Hukum Ohm mengatakan bahwa kuat arus (I) dari satu bagian rangkaian sebanding dengan tegangan di bagian ini dan berbanding terbalik dengan resistansinya.

Perlu dicatat bahwa dalam bentuk ini hukum tetap berlaku hanya untuk bagian rantai yang homogen. Homogen adalah bagian dari rangkaian listrik yang tidak mengandung sumber arus. Cara menggunakan hukum Ohm pada rangkaian tak homogen akan dibahas di bawah ini.

Kemudian, secara eksperimental ditetapkan bahwa hukum tetap berlaku untuk larutan elektrolit dalam rangkaian listrik.

Arti fisik dari perlawanan

Resistansi adalah sifat bahan, zat atau media untuk mencegah lewatnya arus listrik. Secara kuantitatif, hambatan 1 ohm berarti bahwa arus listrik sebesar 1 A dapat mengalir dalam suatu penghantar pada tegangan 1 V pada ujung-ujungnya.

Hambatan listrik spesifik

Secara eksperimental ditetapkan bahwa hambatan arus listrik konduktor tergantung pada dimensinya: panjang, lebar, tinggi. Dan juga pada bentuknya (bola, silinder) dan bahan dari mana ia dibuat. Jadi, rumus resistivitas, misalnya, dari konduktor silinder homogen adalah: R \u003d p * l / S.

Jika kita memasukkan s \u003d 1 m 2 dan l \u003d 1 m dalam rumus ini, maka R secara numerik sama dengan p. Dari sini, unit pengukuran untuk koefisien resistivitas konduktor dalam SI dihitung - ini adalah Ohm * m.

Dalam rumus resistivitas, p adalah koefisien drag yang diberikan oleh sifat kimia bahan dari mana konduktor dibuat.

Untuk mempertimbangkan bentuk diferensial dari hukum Ohm, perlu untuk mempertimbangkan beberapa konsep lagi.

Seperti yang Anda ketahui, arus listrik adalah gerakan yang teratur dari setiap partikel bermuatan. Misalnya, dalam logam, pembawa arus adalah elektron, dan dalam gas konduksi, ion.

Mari kita ambil kasus sepele ketika semua pembawa arus homogen - konduktor logam. Mari kita secara mental memilih volume yang sangat kecil dalam konduktor ini dan menyatakan dengan u kecepatan rata-rata (melayang, teratur) elektron dalam volume yang diberikan. Selanjutnya, biarkan n menunjukkan konsentrasi pembawa arus per satuan volume.

Sekarang mari kita menggambar luas sangat kecil dS tegak lurus terhadap vektor u dan membangun sepanjang kecepatan sebuah silinder sangat kecil dengan ketinggian u*dt, di mana dt menunjukkan waktu yang diperlukan untuk semua pembawa kecepatan arus yang terkandung dalam volume yang dipertimbangkan untuk melewati area dS.

Dalam hal ini, muatan yang sama dengan q \u003d n * e * u * dS * dt akan ditransfer oleh elektron melalui area, di mana e adalah muatan elektron. Jadi, rapat arus listrik adalah vektor j = n * e * u, yang menunjukkan jumlah muatan yang ditransfer per satuan waktu melalui satuan luas.

Salah satu keuntungan dari definisi diferensial dari hukum Ohm adalah bahwa Anda sering dapat bertahan tanpa menghitung hambatan.

Muatan listrik. Kuat medan listrik

Kekuatan medan bersama dengan muatan listrik merupakan parameter fundamental dalam teori kelistrikan. Pada saat yang sama, representasi kuantitatif dari mereka dapat diperoleh dari: percobaan sederhana tersedia untuk siswa.

Untuk menyederhanakan penalaran, kita akan mempertimbangkan medan elektrostatik. Ini Medan listrik, yang tidak berubah dengan waktu. Medan semacam itu dapat diciptakan oleh muatan listrik stasioner.

Juga, untuk tujuan kami, biaya tes diperlukan. Dalam kapasitasnya kita akan menggunakan benda bermuatan - sangat kecil sehingga tidak mampu menyebabkan gangguan (redistribusi muatan) pada benda-benda di sekitarnya.

Pertimbangkan secara bergantian dua muatan uji yang diambil, berturut-turut ditempatkan pada satu titik di ruang angkasa, yang berada di bawah pengaruh medan elektrostatik. Ternyata tuduhan itu akan menjadi sasaran pengaruh waktu-invarian di pihaknya. Misalkan F 1 dan F 2 adalah gaya-gaya yang bekerja pada muatan-muatan tersebut.

Sebagai hasil dari generalisasi data eksperimen, ditemukan bahwa gaya F 1 dan F 2 diarahkan baik dalam satu atau berlawanan arah, dan rasio mereka F 1 / F 2 tidak tergantung pada titik di ruang di mana muatan uji ditempatkan secara bergantian. Akibatnya, rasio F 1 / F 2 adalah karakteristik eksklusif dari muatan itu sendiri, dan tidak bergantung pada medan dengan cara apa pun.

Pembukaan fakta ini memungkinkan untuk mengkarakterisasi elektrifikasi benda dan kemudian disebut muatan listrik. Jadi, menurut definisi, diperoleh q 1 / q 2 \u003d F 1 / F 2, di mana q 1 dan q 2 adalah besarnya muatan yang ditempatkan pada satu titik medan, dan F 1 dan F 2 adalah gaya yang bekerja atas tuduhan dari lapangan.

Dari pertimbangan tersebut, besaran muatan berbagai partikel ditentukan secara eksperimental. Secara kondisional memasukkan rasio salah satu biaya pengujian sama dengan satu, Anda dapat menghitung nilai muatan lain dengan mengukur rasio F 1 /F 2 .

Setiap medan listrik dapat dicirikan dengan muatan yang diketahui. Jadi, gaya yang bekerja pada muatan uji unit yang diam disebut kuat medan listrik dan dilambangkan dengan E. Dari definisi muatan, kita peroleh bahwa vektor kekuatan memiliki bentuk berikut: E = F/q.

Hubungan vektor j dan E. Bentuk lain dari hukum Ohm

Perhatikan juga bahwa definisi resistivitas silinder dapat digeneralisasi untuk kabel yang terbuat dari bahan yang sama. Dalam hal ini, luas penampang dari rumus resistivitas akan sama dengan penampang kawat, dan l - panjangnya.