Kas yra atsparumas omui. Elektros varža – Žinių hipermarketas

Laidininko varža – medžiagos gebėjimas atsispirti tekėjimui elektros srovė. Įskaitant kintamos aukšto dažnio įtampos odos efektą.

Fiziniai apibrėžimai

Medžiagos skirstomos į klases pagal varžą. Svarstoma reikšmė – atsparumas – laikoma pagrindine, ji leis atlikti visų gamtoje randamų medžiagų gradaciją:

Laidininkai – medžiagos, kurių savitoji varža iki 10 μΩ m.. Taikoma daugumai metalų, grafito.
Dielektrikai – savitoji varža 100 MΩ m – 10 PΩ m. Priešdėlis Peta vartojamas penkiolikto dešimties laipsnio kontekste.
Puslaidininkiai yra elektrinių medžiagų grupė, kurios savitoji varža svyruoja nuo laidininkų iki dielektrikų.

Varža vadinama, leidžianti apibūdinti 1 metro ilgio, 1 ploto vielos parametrus. kvadratinis metras. Dažniausiai sunku naudoti skaičius. Tikro kabelio skerspjūvis yra daug mažesnis. Pavyzdžiui, PV-3 plotas yra dešimtys milimetrų. Skaičiavimas yra supaprastintas, jei naudojate omų kv.mm / m vienetus (žr. pav.).

Metalų varža

Atsparumas žymimas Graikiškas laiškas"ro", norėdami gauti pasipriešinimo indeksą, padauginkite vertę iš ilgio, padalydami iš mėginio ploto. Perskaičiavimas tarp standartinių matavimo vienetų Ohm m, dažniau naudojamas skaičiavimui, rodo: ryšys nustatomas per šeštąją dešimties laipsnį. Kartais informacijos apie vario varžą galima rasti tarp lentelės verčių:

168 μΩ m;
0,00175 omo kv. MMM.

Nesunku įsitikinti, kad skaičiai skiriasi apie 4 proc., įsitikinti liedami vienetus. Tai reiškia, kad skaičiai pateikiami pagal vario rūšį. Jei reikia tikslių skaičiavimų, klausimas nurodomas papildomai, atskirai. Informacija apie imties varžą gaunama grynai empiriškai. Prie multimetro kontaktų prijungiamas žinomo skerspjūvio, ilgio vielos gabalas. Norint gauti atsakymą, reikia padalyti rodmenis iš mėginio ilgio, padauginti iš skerspjūvio ploto. Atliekant testus, turėtų būti parenkamas autentiškesnis pavyzdys, sumažinant klaidą. Nemaža dalis testerių yra aprūpinti nepakankamu tikslumu, kad gautų galiojančias vertes.

Taigi tiems, kurie bijo fizikų, kurie labai nori įvaldyti kinų multimetrus, dirbti su varža yra nepatogu. Daug lengviau paimti gatavą pjūvį (didesnio ilgio), įvertinti viso gabalo parametrą. Praktiškai Ohmo trupmenos vaidina nedidelį vaidmenį, šie veiksmai atliekami siekiant įvertinti nuostolius. Tiesiogiai nustatomas pagal grandinės sekcijos aktyviąją varžą ir kvadratiškai priklauso nuo srovės. Atsižvelgdami į tai, kas išdėstyta pirmiau, pažymime: elektros inžinerijos laidininkai paprastai skirstomi į dvi kategorijas pagal pritaikymą:

Aukšto laidumo, didelio atsparumo medžiagos. Pirmieji naudojami kabeliams kurti, antrieji – varžoms (rezistoriams). Lentelėse nėra aiškaus skirtumo, atsižvelgiama į praktiškumą. Sidabras su mažu pasipriešinimu apskritai nenaudojamas laidams kurti, retai prietaiso kontaktams. Dėl akivaizdžių priežasčių.
Aukšto elastingumo lydiniai naudojami kuriant lanksčias srovę vedančias dalis: spyruokles, kontaktorių darbines dalis. Atsparumas paprastai turi būti sumažintas iki minimumo. Akivaizdu, kad paprastas varis, turintis aukštą plastiškumo laipsnį, iš esmės netinka šiems tikslams.
Lydiniai su dideliu arba mažu šiluminio plėtimosi koeficientu. Pirmieji naudojami kaip pagrindas kuriant bimetalines plokštes, kurios struktūriškai yra pagrindas. Pastarieji sudaro invarų lydinių grupę. Dažnai reikalaujama ten, kur svarbu geometrine forma. Kaitinamųjų siūlų laikikliuose (pakeičiant brangų volframą) ir vakuumui sandariose jungtyse sandūroje su stiklu. Tačiau dar dažniau Invar lydiniai neturi nieko bendra su elektra, jie naudojami kaip staklių ir prietaisų dalis.

Formulė, kaip susieti varžą su ominiu

Fizinis elektros laidumo pagrindas

Laidininko varža pripažįstama atvirkštine elektros laidumo verte. Šiuolaikinėje teorijoje nėra iki galo nustatyta, kaip vyksta dabartinės kartos procesas. Fizikai dažnai atsitrenkia į sieną, stebėdami reiškinį, kurio niekaip nepavyko paaiškinti anksčiau pateiktų koncepcijų požiūriu. Šiandien juostos teorija laikoma dominuojančia. Būtina trumpai papasakoti apie materijos sandaros idėjų raidą.

Iš pradžių buvo manoma, kad medžiaga yra teigiamai įkrauta medžiaga, joje plūduriuoja elektronai. Taip manė liūdnai pagarsėjęs lordas Kelvinas (nee Thomson), kurio vardu pavadintas absoliučios temperatūros matavimo vienetas. Pirmą kartą Rezerfordas padarė prielaidą apie planetų atomų sandarą. 1911 m. iškelta teorija buvo pagrįsta tuo, kad alfa spinduliuotę nukreipia didelės dispersijos medžiagos (atskiros dalelės labai ženkliai pakeitė skrydžio kampą). Remdamasis esamomis prielaidomis, autorius padarė išvadą: teigiamas atomo krūvis yra sutelktas mažame erdvės regione, kuris vadinamas branduoliu. Atskirų atvejų, kai smarkiai nukrypsta skrydžio kampas, faktas yra susijęs su tuo, kad dalelės kelias ėjo šalia branduolio.

Taigi nustatomos geometrinių matmenų ribos atskiri elementai ir už skirtingos medžiagos. Padarėme išvadą, kad aukso šerdies skersmuo atitinka 3 pm (piko yra neigiamos dvyliktosios dešimties laipsnio priešdėlis). Tolimesnis vystymas Medžiagų sandaros teoriją Boras atliko 1913 m. Remdamasis vandenilio jonų elgesio stebėjimu, jis padarė išvadą, kad atomo krūvis yra vienetas, o masė buvo maždaug šešioliktoji deguonies masės. Bohras pasiūlė, kad elektroną laiko Kulono nustatytos traukos jėgos. Todėl kažkas nenukrenta ant šerdies. Bohras pasiūlė, kad kalta išcentrinė jėga, atsirandanti dėl dalelės sukimosi orbitoje.

Sommerfeldas padarė svarbų išdėstymo pakeitimą. Leidžiama orbitų elipsė, įvesta du kvantiniai skaičiai aprašantis trajektoriją – n ir k. Bohras pastebėjo, kad Maxwello modelio teorija žlunga. Judanti dalelė erdvėje turi sukurti magnetinį lauką, tada elektronas palaipsniui kris ant branduolio. Todėl tenka pripažinti: yra orbitų, kuriose energijos spinduliavimas į erdvę nevyksta. Nesunku pastebėti: prielaidos prieštarauja viena kitai, dar kartą primindamos: dirigento pasipriešinimas, kaip fizinis kiekis, šiandien fizikai negali paaiškinti.

Kodėl? Zonos teorija kaip pagrindą pasirinko Boro postulatus, kurie sako: orbitų padėtys yra diskrečios, iš anksto paskaičiuotos, geometriniai parametrai susieti kažkokiais ryšiais. Mokslininko išvadas teko papildyti bangų mechanika, nes matematiniai modeliai buvo bejėgiai paaiškinti kai kuriuos reiškinius. Šiuolaikinė teorija sako: kiekvienai medžiagai elektronų būsenoje yra trys zonos:

Elektronų valentinė juosta, stipriai susieta su atomais. Norint nutraukti ryšį, reikia daug energijos. Valentinės juostos elektronai laidyje nedalyvauja.
Laidumo juosta, elektronai, kai medžiagoje atsiranda lauko stiprumas, sudaro elektros srovę (tvarkingą krūvininkų judėjimą).
Draudžiama zona yra energijos būsenų sritis, kurioje normaliomis sąlygomis elektronai negali būti.

Nepaaiškinama Jungo patirtis

Pagal juostos teoriją laidininko laidumo juosta persidengia su valentine juosta. Susidaro elektronų debesis, kurį lengvai nuneša įtampa elektrinis laukas, formuojant srovę. Dėl šios priežasties laidininko varža yra tokia maža. Be to, mokslininkai bergždžiai stengiasi paaiškinti, kas yra elektronas. Tik žinoma, kad elementarioji dalelė pasižymi banginėmis ir korpuskulinėmis savybėmis. Heisenbergo neapibrėžtumo principas nustato faktus: su 100% tikimybe neįmanoma vienu metu nustatyti elektrono ir energijos vietos.

Kalbant apie empirinę dalį, mokslininkai pastebėjo, kad Youngo eksperimentas su elektronais duoda įdomų rezultatą. Mokslininkas perleido fotonų srautą per du artimus skydo plyšius, buvo gautas trukdžių modelis, sudarytas iš pakraščių. Jie pasiūlė atlikti bandymą su elektronais, įvyko žlugimas:

Jei elektronai praeina pluoštu, aplenkdami du plyšius, susidaro interferencijos modelis. Lyg fotonai juda.
Jei elektronai iššviečiami po vieną, niekas nepasikeičia. Todėl... viena dalelė atsispindi nuo savęs, egzistuoja iš karto keliose vietose?
Tada jie pradėjo bandyti nustatyti momentą, kai elektronas praėjo per skydo plokštumą. Ir... trukdžių modelis dingo. Priešais plyšius buvo dvi dėmės.

Poveikis yra bejėgis paaiškinti mokslinis taškas regėjimas. Pasirodo, elektronai „atspėja“ apie vykstantį stebėjimą, nustoja demonstruoti bangines savybes. Rodo šiuolaikinių fizikos idėjų ribotumą. Būtų puiku, jei galėtumėte tuo mėgautis! Kitas mokslo žmogus pasiūlė stebėti daleles, kai jos jau praėjo pro tarpą (skrido tam tikra kryptimi). Ir ką? Vėlgi, elektronai nebeturi banginių savybių.

Paaiškėja, elementariosios dalelės grįžo laiku atgal. Tuo momentu, kai jie perėjo tarpą. Įsiskverbęs į ateities paslaptį, žinodamas, ar bus sekimas. Elgesys buvo koreguojamas atsižvelgiant į faktą. Akivaizdu, kad atsakymas negali būti tiesioginis. Paslaptis vis dar laukia, kol bus išspręsta. Beje, XX amžiaus pradžioje iškelta Einšteino teorija dabar paneigta: rasta dalelių, kurių greitis viršija šviesos greitį.

Kaip formuojasi laidininkų varža?

Šiuolaikiniai vaizdai sako: laisvieji elektronai juda išilgai laidininko maždaug 100 km/s greičiu. Veikiant lauke, kuris atsiranda viduje, užsakomas dreifas. Nešiklių judėjimo greitis pagal įtempimo linijas yra mažas, keli centimetrai per minutę. Judėjimo metu elektronai susiduria su kristalinės gardelės atomais, tam tikras energijos kiekis paverčiamas šiluma. O šios transformacijos matas dažniausiai vadinamas laidininko varža. Kuo aukščiau, tuo daugiau elektros energija virsta šiluma. Tai yra šildytuvų veikimo principas.

Kontekstui lygiagreti yra ir skaitinė medžiagos laidumo išraiška, kurią galima pamatyti paveiksle. Norint gauti pasipriešinimą, reikia padalinti vienetą iš nurodyto skaičiaus. Tolimesnių transformacijų eiga aptarta aukščiau. Matyti, kad varža priklauso nuo parametrų – elektronų temperatūrinio judėjimo ir jų laisvo kelio ilgio, kuris tiesiogiai veda į struktūrą kristalinė gardelė medžiagų. Paaiškinimas – laidininkų varža skirtinga. Varis turi mažiau aliuminio.

§ 15. Elektrinė varža

Bet kuriame laidininke nukreiptam elektros krūvių judėjimui trukdo šio laidininko molekulės ir atomai. Todėl tiek išorinė grandinės dalis, tiek vidinė (pačio energijos šaltinio viduje) trukdo srovei praeiti. Vadinama vertė, apibūdinanti elektros grandinės varžą elektros srovei elektrinė varža.
Elektros energijos šaltinis, įtrauktas į uždarą elektros grandinę, sunaudoja energiją, kad įveiktų išorinių ir vidinių grandinių varžą.
Elektrinė varža žymima raide r ir yra pavaizduota diagramose, kaip parodyta Fig. 14, a.

Atsparumo vienetas yra omas. Om vadinama elektrine varža tokio tiesinio laidininko, kuriame, esant pastoviam vieno volto potencialų skirtumui, teka vieno ampero srovė, t.y.

Matuojant dideles varžas, naudojami tūkstantį ir milijoną kartų daugiau omų. Jie vadinami kiloomais ( com) ir megohmas ( Mama), 1 com = 1000 ohm; 1 Mama = 1 000 000 ohm.
IN įvairių medžiagų yra skirtingas laisvųjų elektronų skaičius, o atomai, tarp kurių šie elektronai juda, turi skirtingą išsidėstymą. Todėl laidininkų atsparumas elektros srovei priklauso nuo medžiagos, iš kurios jie pagaminti, nuo ilgio ir ploto. skerspjūvis dirigentas. Jei lyginami du tos pačios medžiagos laidininkai, tada ilgesnis laidininkas turi didesnę varžą lygių plotų skerspjūvių, o didelio skerspjūvio laidas turi mažesnę varžą esant vienodam ilgiui.
Santykiniam laidininko medžiagos elektrinių savybių įvertinimui pasitarnauja jo savitoji varža. Atsparumas yra metalinio laidininko, kurio ilgis yra 1, varža m ir skerspjūvio plotas 1 mm 2; žymimas raide ρ ir matuojamas
Jei laidininkas, pagamintas iš medžiagos, kurios varža ρ, turi ilgį l metrų ir skerspjūvio ploto q kvadratinių milimetrų, tada šio laidininko varža

Formulė (18) rodo, kad laidininko varža yra tiesiogiai proporcinga medžiagos, iš kurios jis pagamintas, varžai, taip pat jo ilgiui ir atvirkščiai proporcinga skerspjūvio plotui.
Laidininkų varža priklauso nuo temperatūros. Metalinių laidininkų varža didėja didėjant temperatūrai. Ši priklausomybė yra gana sudėtinga, tačiau gana siaurame temperatūros pokyčių diapazone (iki maždaug 200 ° C) galime manyti, kad kiekvienam metalui yra tam tikras vadinamasis temperatūros atsparumo koeficientas (alfa), kuris išreiškia laidininko varžos padidėjimas Δ r kai temperatūra pasikeičia 1 °C, nurodyta 1 ohm pradinis pasipriešinimas.
Taigi, atsparumo temperatūros koeficientas

ir atsparumo padidėjimas

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

kur r 1 - laidininko varža esant temperatūrai T 1 ;
r 2 - to paties laidininko varža esant temperatūrai T 2 .
Paaiškinkime pasipriešinimo temperatūros koeficiento išraišką pavyzdžiu. Tarkime, kad varinė linijinė viela esant temperatūrai T 1 = 15° turi atsparumą r 1 = 50 ohm, ir esant temperatūrai T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Todėl atsparumo padidėjimas, kai temperatūra pasikeičia 75–15 \u003d 60 °, yra 62–50 \u003d 12 ohm. Taigi pasipriešinimo padidėjimas, atitinkantis temperatūros pokytį 1 °, yra lygus:

Vario atsparumo temperatūros koeficientas yra lygus pasipriešinimo padidėjimui, padalytam iš 1 ohm pradinis pasipriešinimas, ty padalytas iš 50:

Remiantis (20) formule, galima nustatyti ryšį tarp varžų r 2 ir r 1:

(21)

Reikėtų nepamiršti, kad ši formulė yra tik apytikslė atsparumo priklausomybės nuo temperatūros išraiška ir negali būti naudojama varžoms matuoti esant aukštesnei nei 100 °C temperatūrai.
Reguliuojamos varžos vadinamos reostatai(14 pav., b). Reostatai yra pagaminti iš vielos, turinčios didelę varžą, pavyzdžiui, nichromo. Reostatų varža gali skirtis tolygiai arba pakopomis. Taip pat naudojami skysti reostatai, kurie yra metalinis indas, užpildytas kažkokiu tirpalu, praleidžiančiu elektros srovę, pavyzdžiui, sodos tirpalu vandenyje.
Laidininko gebėjimas praleisti elektros srovę apibūdinamas laidumu, kuris yra varžos grįžtamasis koeficientas ir nurodomas raide g. SI laidumo vienetas yra (siemens).

Taigi laidininko varžos ir laidumo ryšys yra toks.

Elektrinė varža suprantama kaip bet kokia varža, kuri aptinka srovę, kai praeina per uždarą grandinę, susilpnindama arba slopindama laisvą elektros krūvių srautą.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: varžos matavimas multimetru" width="600" height="490">!}

Atsparumo matavimas multimetru

Fizinė pasipriešinimo samprata

Elektronai cirkuliuoja laidininke organizuotai, tekant srovei, atsižvelgiant į pasipriešinimą, su kuriuo jie susiduria kelyje. Kuo mažesnė ši varža, tuo didesnė elektronų mikrokosmoso tvarka. Tačiau kai pasipriešinimas didelis, jie pradeda vienas su kitu susidurti ir išsiskirti šiluminė energija. Šiuo atžvilgiu laidininko temperatūra visada šiek tiek pakyla, kuo didesnis, tuo didesnis elektronų pasipriešinimas jų judėjimui.

Naudotos medžiagos

Visi žinomi metalai yra daugiau ar mažiau atsparūs srovei, įskaitant geriausius laidininkus. Mažiausią varžą turi auksas ir sidabras, tačiau jie yra brangūs, todėl dažniausiai naudojama medžiaga yra varis, pasižymintis dideliu elektros laidumu. Aliuminis naudojamas mažesniu mastu.

Nichromo viela turi didžiausią atsparumą srovei (nikelio (80%) ir chromo (20%) lydinys). Jis plačiai naudojamas rezistoriuose.

Kita plačiai naudojama rezistorių medžiaga yra anglis. Iš jo gaminamos fiksuotos varžos ir reostatai, skirti naudoti elektroninės grandinės. Fiksuoti rezistoriai ir potenciometrai naudojami srovės ir įtampos reikšmėms valdyti, pavyzdžiui, kai reguliuojamas garso stiprintuvų garsumas ir tonas.

Atsparumo skaičiavimas

Apkrovos varžos vertei apskaičiuoti kaip pagrindinė naudojama formulė, gauta pagal Ohmo dėsnį, jei žinomos srovės ir įtampos vertės:

Matavimo vienetas yra Ohm.

Dėl serijinis ryšys rezistorių, bendra varža randama susumavus atskiras reikšmes:

R = R1 + R2 + R3 + ....

At lygiagretus ryšys vartojama išraiška:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

O kaip rasti laido elektrinę varžą, atsižvelgiant į jo parametrus ir gamybos medžiagą? Tam yra kita pasipriešinimo formulė:

R \u003d ρ x l / S, kur:

l yra laido ilgis,
S yra jo skerspjūvio matmenys,
ρ yra vielos medžiagos savitoji tūrinė varža.

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="(maks. plotis: 600px) 100vw, 600px">

Atsparumo formulė

Galima išmatuoti vielos geometrinius matmenis. Tačiau norint apskaičiuoti pasipriešinimą pagal šią formulę, reikia žinoti koeficientą ρ.

Svarbu! mušti vertybes tūrio varža jau apskaičiuota skirtingos medžiagos ir apibendrinti specialiose lentelėse.

Koeficiento reikšmė leidžia palyginti pasipriešinimą skirtingi tipai laidininkai tam tikroje temperatūroje pagal jų fizines savybes nepriklausomai nuo dydžio. Tai galima iliustruoti pavyzdžiais.

Elektrinės varžos skaičiavimo pavyzdys Varinė viela, 500 m ilgio:

Jei vielos sekcijos matmenys nežinomi, galite išmatuoti jo skersmenį su suportu. Tarkime, kad tai 1,6 mm;
Skaičiuojant skerspjūvio plotą, naudojama formulė:

Tada S = 3,14 x (1,6 / 2)² = 2 mm²;

Pagal lentelę radome vario ρ reikšmę, lygią 0,0172 Ohm x m / mm²;
Dabar apskaičiuoto laidininko elektrinė varža bus tokia:

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

Kitas pavyzdys– nichromo viela, kurios skerspjūvis 0,1 mm², ilgis 1 m:

Nichromo ρ indeksas yra 1,1 Ohm x m / mm²;
R \u003d ρ x l / S \u003d 1,1 x 1 / 0,1 \u003d 11 omų.

Du pavyzdžiai aiškiai rodo, kad metro ilgio ir 20 kartų mažesnio skerspjūvio nichromo vielos elektrinė varža yra 2,5 karto didesnė nei 500 metrų varinės vielos.

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

Kai kurių metalų varža

Svarbu! Atsparumui įtakos turi temperatūra, kuriai kylant ji didėja, o mažėjant, atvirkščiai, mažėja.

Varža

Varža yra bendresnis pasipriešinimo terminas, kuriame atsižvelgiama į reaktyviąją apkrovą. Kilpos varžos skaičiavimas kintamoji srovė yra impedanso skaičiavimas.

Nors rezistorius suteikia atsparumą tam tikram tikslui, reaktyvus yra apgailėtinas kai kurių elektros grandinės komponentų šalutinis produktas.

Dviejų tipų reaktyvumas:

Indukcinis. Sukurta ritėmis. Skaičiavimo formulė:

X (L) = 2π x f x L, kur:

f yra srovės dažnis (Hz),
L - induktyvumas (H);

Talpa. Sukurta kondensatorių. Apskaičiuota pagal formulę:

X (C) = 1/(2π x f x C),

kur C yra talpa (F).

Kaip ir jo aktyvus atitikmuo, reaktyvumas išreiškiamas omais ir taip pat riboja srovės srautą per kilpą. Jei grandinėje yra ir talpa, ir induktorius, tada bendra varža yra:

X = X (L) – X (C).

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

Aktyvioji, indukcinė ir talpinė reaktyvumas

Svarbu! Iš reaktyviosios apkrovos formulės seka įdomių savybių. Didėjant kintamosios srovės dažniui ir induktyvumui, X (L) didėja. Ir atvirkščiai, kuo didesnis dažnis ir talpa, tuo mažesnis X (C).

impedanso radimas (Z) nėra paprastas aktyviųjų ir reaktyviųjų komponentų priedas:

Z = √ (R² + X²).

1 pavyzdys

Ritės grandinėje su galios dažnio srove aktyvioji varža yra 25 omai, o induktyvumas - 0,7 H. Galite apskaičiuoti varžą:

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

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

Kampas φ yra maždaug lygus 83 laipsniams.

2 pavyzdys

Yra 100 mikrofaradų talpos kondensatorius, kurio vidinė varža 12 omų. Galite apskaičiuoti varžą:

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

Internete galite rasti internetinį skaičiuotuvą, kuris supaprastins visos elektros grandinės ar jos sekcijų varžos ir varžos skaičiavimą. Ten tereikia saugoti savo paskaičiuotus duomenis ir įrašyti skaičiavimo rezultatus.

Vaizdo įrašas

Elektrinės varžos ir laidumo samprata

Bet kuris kūnas, per kurį teka elektros srovė, turi tam tikrą pasipriešinimą. Laidininko medžiagos savybė neleisti pro ją praeiti elektros srovei vadinama elektrine varža.

Elektronikos teorija taip paaiškina metalinių laidininkų elektrinės varžos esmę. Judėdami laidininku, laisvieji elektronai savo kelyje daugybę kartų susiduria su atomais ir kitais elektronais ir, sąveikaudami su jais, neišvengiamai praranda dalį savo energijos. Elektronai tarsi patiria pasipriešinimą jų judėjimui. Įvairūs metaliniai laidininkai, turintys skirtingus atominė struktūra, turi skirtingą atsparumą elektros srovei.

Lygiai tas pats paaiškina skysčių laidininkų ir dujų atsparumą elektros srovei. Tačiau nereikia pamiršti, kad šiose medžiagose ne elektronai, o įkrautos molekulių dalelės judėjimo metu susiduria su pasipriešinimu.

Atsparumas žymimas lotyniškomis raidėmis R arba r.

Omas laikomas elektrinės varžos vienetu.

Omas yra 106,3 cm aukščio gyvsidabrio kolonėlės, kurios skerspjūvis 1 mm2, varža 0 ° C temperatūroje.

Jei, pavyzdžiui, laidininko elektrinė varža yra 4 omai, tada ji rašoma taip: R \u003d 4 omai arba r \u003d 4 omai.

Norint išmatuoti didelės vertės varžą, naudojamas vienetas, vadinamas megohmu.

Vienas megas yra lygus vienam milijonui omų.

Kuo didesnė laidininko varža, tuo jis blogiau praleidžia elektros srovę ir, atvirkščiai, kuo mažesnė laidininko varža, tuo elektros srovė lengviau praeina per šį laidininką.

Todėl norint apibūdinti laidininką (elektros srovės pratekėjimo per jį prasme), galima atsižvelgti ne tik į jo varžą, bet ir į varžos grįžtamąją vertę ir vadinamą laidumu.

elektrinis laidumas Medžiagos gebėjimas praleisti per save elektros srovę vadinamas.

Kadangi laidumas yra varžos atvirkštinis dydis, jis išreiškiamas kaip 1/R, laidumas žymimas lotyniška raidė g.

Laidininko medžiagos įtaka, jos matmenys ir aplinkos temperatūra dėl elektrinės varžos vertės

Įvairių laidininkų varža priklauso nuo medžiagos, iš kurios jie pagaminti. Elektrinei varžai apibūdinti įvairios medžiagos pristatė vadinamosios varžos sąvoką.

Atsparumas yra 1 m ilgio ir 1 mm2 skerspjūvio ploto laidininko varža. Atsparumas žymimas graikiška raide p. Kiekviena medžiaga, iš kurios pagamintas laidininkas, turi savo varžą.

Pavyzdžiui, vario savitoji varža yra 0,017, tai yra, 1 m ilgio ir 1 mm2 skerspjūvio vario laidininko varža yra 0,017 omo. Aliuminio savitoji varža lygi 0,03, geležies – 0,12, konstantano – 0,48, nichromo – 1-1,1.

Laidininko varža yra tiesiogiai proporcinga jo ilgiui, tai yra, kuo ilgesnis laidininkas, tuo didesnė jo elektrinė varža.

Laidininko varža yra atvirkščiai proporcinga jo skerspjūvio plotui, tai yra, kuo storesnis laidininkas, tuo mažesnė jo varža, ir atvirkščiai, kuo plonesnis laidininkas, tuo didesnė jo varža.

Norėdami geriau suprasti šį ryšį, įsivaizduokite dvi susisiekiančių kraujagyslių poras, kurių viena pora turi ploną jungiamąjį vamzdelį, o kita - storą. Akivaizdu, kad vieną iš indų (kiekvieną porą) užpildžius vandeniu, jo perėjimas į kitą indą per storą vamzdelį įvyks daug greičiau nei per ploną, ty storas vamzdis bus mažiau atsparus vandens tekėjimui. vandens. Lygiai taip pat elektros srovei lengviau pereiti per storą laidininką nei per ploną, tai yra, pirmasis jam siūlo mažesnę varžą nei antrasis.

Laidininko elektrinė varža yra lygi medžiagos, iš kurios pagamintas šis laidininkas, savitajai varžai, padaugintai iš laidininko ilgio ir padalytai iš laidininko skerspjūvio ploto:

R = R l / S,

kur - R – laidininko varža, omai, l – laidininko ilgis m, S – laidininko skerspjūvio plotas, mm 2.

Apvalaus laidininko skerspjūvio plotas apskaičiuojamas pagal formulę:

S = π d 2/4

Kur π - pastovi reikšmė lygi 3,14; d yra laidininko skersmuo.

Taigi nustatomas laidininko ilgis:

l = S R / p ,

Ši formulė leidžia nustatyti laidininko ilgį, jo skerspjūvį ir varžą, jei žinomi kiti į formulę įtraukti dydžiai.

Jei reikia nustatyti laidininko skerspjūvio plotą, formulė sumažinama iki šios formos:

S = R l / R

Transformuodami tą pačią formulę ir išsprendę lygybę p atžvilgiu, randame laidininko varžą:

R = R S / l

Paskutinė formulė turi būti naudojama tais atvejais, kai žinoma laidininko varža ir matmenys, o jo medžiaga nežinoma ir, be to, sunku nustatyti pagal išvaizda. Norėdami tai padaryti, turite nustatyti laidininko varžą ir, naudodamiesi lentele, rasti medžiagą, kuri turi tokią varžą.

Kita priežastis, kuri turi įtakos laidininkų varžai, yra temperatūra.

Nustatyta, kad kylant temperatūrai metalinių laidininkų varža didėja, o mažėjant – mažėja. Šis gryno metalo laidininkų atsparumo padidėjimas arba sumažėjimas yra beveik toks pat ir vidutiniškai 0,4 % 1°C. Skysčių laidininkų ir anglies varža mažėja didėjant temperatūrai.

Elektroninė materijos sandaros teorija pateikia tokį paaiškinimą, kodėl metalinių laidininkų varža didėja didėjant temperatūrai. Kaitinamas laidininkas gauna šiluminę energiją, kuri neišvengiamai perduodama visiems medžiagos atomams, dėl to didėja jų judėjimo intensyvumas. Padidėjęs atomų judėjimas sukuria didesnį pasipriešinimą nukreiptam laisvųjų elektronų judėjimui, todėl laidininko varža didėja. Temperatūrai mažėjant, atsiranda Geresnės sąlygos nukreiptam elektronų judėjimui, o laidininko varža mažėja. Tai paaiškina įdomų reiškinį - metalų superlaidumas.

Superlaidumas, t.y., metalų atsparumo sumažėjimas iki nulio, atsiranda su didžiuliu neigiama temperatūra-273°C, vadinama absoliučiu nuliu. Esant absoliučiam nuliui, metalo atomai tarsi užšąla vietoje, visiškai netrukdydami elektronų judėjimui.

Omo dėsnis yra pagrindinis elektros grandinių dėsnis. Kartu tai leidžia paaiškinti daugelį gamtos reiškinių. Pavyzdžiui, galima suprasti, kodėl elektra „nemuša“ ant laidų sėdinčių paukščių. Fizikai Ohmo dėsnis yra labai svarbus. Be jo žinios būtų neįmanoma sukurti stabilių elektros grandinių arba visai nebūtų elektronikos.

Priklausomybė I = I(U) ir jos reikšmė

Medžiagų atsparumo atradimo istorija yra tiesiogiai susijusi su srovės įtampos charakteristika. Kas tai yra? Paimkime grandinę su nuolatine elektros srove ir apsvarstykime bet kurį iš jos elementų: lempą, dujų vamzdį, metalinį laidininką, elektrolito kolbą ir kt.

Keisdami atitinkamam elementui taikomą įtampą U (dažnai vadinamą V), stebėsime per jį einančios srovės stiprumo (I) pokytį. Dėl to gausime I \u003d I (U) formos priklausomybę, kuri vadinama "elemento įtampa" ir yra tiesioginis jo elektrinių savybių rodiklis.

Įvairių elementų voltų amperų charakteristika gali atrodyti skirtingai. Paprasčiausia jo forma gaunama įvertinus metalinį laidininką, kurį padarė Georgas Ohmas (1789–1854).

Srovės ir įtampos charakteristika yra tiesinis ryšys. Todėl jo grafikas yra tiesi linija.

Teisė paprasčiausia forma

Ohmo atliktas laidininkų srovės-įtampos charakteristikų tyrimas parodė, kad srovės stipris metalinio laidininko viduje yra proporcingas potencialų skirtumui jo galuose (I ~ U) ir atvirkščiai proporcingas tam tikram koeficientui, tai yra I ~ 1/R. Šis koeficientas pradėtas vadinti „laidininko varža“, o elektros varžos matavimo vienetas buvo Ohm arba V/A.

Verta atkreipti dėmesį į dar vieną dalyką. Omo dėsnis dažnai naudojamas skaičiuojant varžą grandinėse.

Įstatymo formuluotė

Ohmo dėsnis sako, kad vienos grandinės sekcijos srovės stipris (I) yra proporcingas šios sekcijos įtampai ir atvirkščiai proporcingas jos varžai.

Pažymėtina, kad tokia forma dėsnis galioja tik vienalytei grandinės atkarpai. Homogeniška yra ta elektros grandinės dalis, kurioje nėra srovės šaltinio. Kaip panaudoti Ohmo dėsnį nehomogeninėje grandinėje, bus aptarta toliau.

Vėliau eksperimentiškai buvo nustatyta, kad dėsnis lieka galioti elektrolitų tirpalams elektros grandinėje.

Fizinė pasipriešinimo prasmė

Atsparumas yra medžiagų, medžiagų ar terpių savybė užkirsti kelią elektros srovei. Kiekybiškai 1 omo varža reiškia, kad laidininku, kurio galuose yra 1 V įtampa, gali praeiti 1 A elektros srovė.

Savitoji elektrinė varža

Eksperimentiškai nustatyta, kad laidininko elektros srovės varža priklauso nuo jos matmenų: ilgio, pločio, aukščio. Taip pat nuo jo formos (rutulio, cilindro) ir medžiagos, iš kurios jis pagamintas. Taigi, pavyzdžiui, vienalyčio cilindrinio laidininko varžos formulė bus tokia: R \u003d p * l / S.

Jei į šią formulę įdėsime s \u003d 1 m 2 ir l \u003d 1 m, tada R bus skaitine prasme lygus p. Iš čia apskaičiuojamas laidininko varžos koeficiento matavimo vienetas SI - tai yra Ohm * m.

Atsparumo formulėje p yra pasipriešinimo koeficientas, pateiktas pagal cheminės savybės medžiaga, iš kurios pagamintas laidininkas.

Norint apsvarstyti diferencinę Ohmo dėsnio formą, reikia apsvarstyti dar keletą sąvokų.

Kaip žinote, elektros srovė yra griežtai užsakytas bet kokių įkrautų dalelių judėjimas. Pavyzdžiui, metaluose srovės nešėjai yra elektronai, o laidžiose dujose – jonai.

Paimkime trivialų atvejį, kai visi srovės nešikliai yra vienarūšiai – metalinis laidininkas. Mintimis išskirkime be galo mažą šio laidininko tūrį ir u pažymime vidutinį (dreifą, sutvarkytą) elektronų greitį duotame tūryje. Be to, tegul n žymi srovės nešiklių koncentraciją tūrio vienete.

Dabar nubraižykime be galo mažą plotą dS, statmeną vektoriui u, ir išilgai greičio sukonstruokime be galo mažą cilindrą, kurio aukštis u*dt, kur dt žymi laiką, per kurį visi srovės greičio nešikliai, esantys nagrinėjamame tūryje, praeina per plotą. dS.

Tokiu atveju krūvis, lygus q \u003d n * e * u * dS * dt, elektronais bus perkeltas per sritį, kur e yra elektrono krūvis. Taigi elektros srovės tankis yra vektorius j = n * e * u, nurodantis per laiko vienetą per ploto vienetą perduodamo krūvio kiekį.

Vienas iš diferencinio Ohmo dėsnio apibrėžimo pranašumų yra tas, kad dažnai galite išsiversti neskaičiuodami pasipriešinimo.

Elektros krūvis. Elektrinio lauko stiprumas

Lauko stiprumas kartu su elektros krūvis yra pagrindinis elektros teorijos parametras. Tuo pačiu metu galima gauti kiekybinį jų vaizdą iš paprasti eksperimentai prieinamas studentams.

Dėl samprotavimų paprastumo apsvarstysime elektrostatinį lauką. Tai elektrinis laukas, kuris laikui bėgant nesikeičia. Tokį lauką gali sukurti stacionarūs elektros krūviai.

Be to, mūsų tikslams reikalingas bandomasis mokestis. Savo pajėgumu naudosime įkrautą korpusą – tokį mažą, kad nepajėgtų sukelti jokių trikdžių (krūvių persiskirstymo) aplinkiniuose objektuose.

Savo ruožtu apsvarstykite du bandomuosius krūvius, paeiliui išdėstytus viename erdvės taške, kuris yra veikiamas elektrostatinio lauko. Pasirodo, kad kaltinimai bus paveikti nekintamo laiko įtaka iš jo pusės. Tegu F 1 ir F 2 yra jėgos, veikiančios krūvius.

Apibendrinant eksperimentinius duomenis nustatyta, kad jėgos F 1 ir F 2 yra nukreiptos arba viena, arba priešingomis kryptimis, o jų santykis F 1 /F 2 nepriklauso nuo erdvės taško, kuriame bandymas įkraunamas. buvo išdėstyti pakaitomis. Vadinasi, santykis F 1 /F 2 yra išskirtinai pačių krūvių charakteristika ir niekaip nepriklauso nuo lauko.

Atidarymas Šis faktas leido apibūdinti kūnų elektrizaciją ir vėliau buvo pavadintas elektros krūviu. Taigi pagal apibrėžimą gaunamas q 1 / q 2 \u003d F 1 / F 2, kur q 1 ir q 2 yra krūvių, esančių viename lauko taške, dydis, o F 1 ir F 2 yra veikiančios jėgos. dėl mokesčių iš lauko.

Remiantis tokiais svarstymais, eksperimentiškai buvo nustatyti įvairių dalelių krūvių dydžiai. Sąlygiškai įdedant vieną iš bandomųjų įkrovų lygus vienam, kito krūvio vertę galite apskaičiuoti išmatuodami santykį F 1 /F 2 .

Bet kurį elektrinį lauką galima apibūdinti žinomu krūviu. Taigi jėga, veikianti vienetinį bandomąjį krūvį ramybės būsenoje, vadinama elektrinio lauko stipriu ir žymima E. Iš krūvio apibrėžimo gauname, kad stiprumo vektorius turi tokią formą: E = F/q.

Vektorių j ir E jungtis. Kita Ohmo dėsnio forma

Taip pat atkreipkite dėmesį, kad cilindro varžos apibrėžimas gali būti apibendrintas laidams, pagamintiems iš tos pačios medžiagos. Šiuo atveju skerspjūvio plotas iš varžos formulės bus lygus laido skerspjūviui, o l - jo ilgiui.