Kaj je ohmski upor. Električna upornost - Hipermarket znanja

Odpornost prevodnika - sposobnost materiala, da se upira toku električni tok. Vključno s primerom kožnega učinka izmeničnih visokofrekvenčnih napetosti.

Fizične definicije

Materiali so razdeljeni v razrede glede na upornost. Obravnavana vrednost - odpornost - velja za ključno, saj bo omogočila gradacijo vseh snovi, ki jih najdemo v naravi:

1. Prevodniki - materiali z upornostjo do 10 μΩ m. Velja za večino kovin, grafit.
2. Dielektriki - upornost 100 MΩ m - 10 PΩ m. Predpona Peta se uporablja v kontekstu petnajste stopnje deset.
3. Polprevodniki so skupina električnih materialov z upornostjo, ki sega od prevodnikov do dielektrikov.

Imenuje se upornost, ki vam omogoča, da označite parametre žice, rezane 1 meter, območje 1 kvadratni meter. Večino časa je težko uporabljati številke. Prerez pravega kabla je veliko manjši. Na primer, za PV-3 je površina več deset milimetrov. Izračun je poenostavljen, če uporabite enote Ohm sq. mm / m (glejte sliko).

Upornost kovin

Upornost je označena grško pismo"ro", da dobite indeks odpornosti, pomnožite vrednost z dolžino in jo delite s površino vzorca. Pretvorba med standardnimi merskimi enotami Ohm m, ki se pogosteje uporablja za izračun, kaže: razmerje se vzpostavi s šesto potenco desetih. Včasih bo med tabelarnimi vrednostmi mogoče najti informacije o upornosti bakra:

• 168 μΩ m;
• 0,00175 ohmov sq. mmm

Preprosto se prepričate, da se številke razlikujejo za približno 4%, preverite z oddajanjem enot. To pomeni, da so podane številke za razred bakra. Če so potrebni natančni izračuni, je vprašanje določeno dodatno, ločeno. Podatki o upornosti vzorca so pridobljeni izključno empirično. Kos žice z znanim presekom, dolžino je priključen na kontakte multimetra. Če želite dobiti odgovor, morate odčitke deliti z dolžino vzorca, pomnožiti s površino prečnega prereza. Pri testih naj bi izbrali vzorec, ki je bolj verodostojen, kar zmanjša napako. Pomemben del preizkuševalcev je obdarjen z nezadostno natančnostjo za pridobitev veljavnih vrednosti.

Torej je neprijetno za tiste, ki se bojijo fizikov, ki želijo obvladati kitajske multimetre, delati z upornostjo. Veliko lažje je vzeti končni rez (večje dolžine), oceniti parameter celotnega kosa. V praksi imajo Ohmovi ulomki majhno vlogo, ta dejanja se izvajajo za oceno izgub. Neposredno določen z aktivnim uporom odseka vezja in je kvadratno odvisen od toka. Glede na zgoraj navedeno ugotavljamo: vodniki v elektrotehniki so običajno razdeljeni v dve kategoriji glede na uporabnost:

1. Materiali z visoko prevodnostjo, visoko odpornostjo. Prvi se uporabljajo za izdelavo kablov, drugi - uporov (upori). V tabelah ni jasnega razlikovanja, upošteva se praktičnost. Srebro z nizko odpornostjo se sploh ne uporablja za ustvarjanje žic, redko za stike naprav. Iz očitnih razlogov.
2. Zlitine z visoko elastičnostjo se uporabljajo za izdelavo fleksibilnih tokovnih delov: vzmeti, delovnih delov kontaktorjev. Odpornost je običajno treba zmanjšati na minimum. Jasno je, da je navaden baker, ki ima visoko stopnjo plastičnosti, v bistvu neprimeren za te namene.
3. Zlitine z visokim ali nizkim koeficientom toplotnega raztezanja. Prvi služijo kot osnova za ustvarjanje bimetalnih plošč, ki strukturno služijo kot osnova. Slednji tvorijo skupino invarnih zlitin. Pogosto potrebno, kjer je pomembno geometrijska oblika. Pri nosilcih žarilne nitke (nadomešča drag volfram) in vakuumsko tesnih stičiščih na stičišču s steklom. Še pogosteje pa zlitine Invar nimajo nobene zveze z električno energijo, uporabljajo se kot del obdelovalnih strojev in naprav.

Formula za povezavo upornosti z ohmsko

Fizikalne osnove električne prevodnosti

Upor prevodnika je prepoznan kot inverzna električna prevodnost. V sodobni teoriji ni natančno ugotovljeno, kako poteka proces sedanje generacije. Fiziki pogosto udarijo ob steno in opazujejo pojav, ki ga s stališča prej predstavljenih konceptov ni bilo mogoče razložiti. Danes velja, da je teorija pasov prevladujoča. Narediti je treba kratek izlet v razvoj idej o zgradbi snovi.

Sprva so domnevali, da je snov predstavljena s pozitivno nabito snovjo, v njej plavajo elektroni. Tako je mislil zloglasni Lord Kelvin (rojen Thomson), po katerem je poimenovana merska enota absolutne temperature. Rutherford je prvič podal predpostavko o planetarni strukturi atomov. Teorija, predstavljena leta 1911, je temeljila na dejstvu, da so alfa sevanje odklonile snovi z veliko disperzijo (posamezni delci so zelo močno spremenili kot leta). Na podlagi obstoječih predpogojev je avtor zaključil, da je pozitiven naboj atoma skoncentriran znotraj majhnega območja prostora, ki se imenuje jedro. Dejstvo posameznih primerov močnega odstopanja kota leta je posledica dejstva, da je pot delca potekala v neposredni bližini jedra.

Tako so postavljene meje geometrijskih dimenzij posamezne elemente in za različne snovi. Ugotovili smo, da se premer zlatega jedra prilega območju 15.00 (pico je predpona za negativno dvanajsto potenco desetice). Nadaljnji razvoj Teorijo strukture snovi je leta 1913 izvedel Bohr. Na podlagi opazovanja obnašanja vodikovih ionov je sklenil, da je naboj atoma enota, masa pa je bila določena kot približno ena šestnajstina mase kisika. Bohr je predlagal, da elektron držijo sile privlačnosti, ki jih določi Coulomb. Zato nekaj zadrži, da ne pade na jedro. Bohr je predlagal, da je kriva centrifugalna sila, ki izhaja iz vrtenja delca v orbiti.

Sommerfeld je naredil pomembno spremembo postavitve. Dovolila eliptičnost orbit, uvedla dve kvantna števila opis poti – n in k. Bohr je opazil, da Maxwellova teorija za model ni uspela. Gibajoči se delec mora ustvariti magnetno polje v vesolju, nato bi elektron postopoma padel na jedro. Zato moramo priznati: obstajajo orbite, na katerih sevanje energije v vesolje ne prihaja. Preprosto je videti: predpostavke si nasprotujejo in še enkrat opozarjajo: upor prevodnika, kot je fizična količina, fiziki danes ne znajo razložiti.

zakaj? Teorija con je za osnovo izbrala Bohrove postulate, ki pravijo: položaji orbit so diskretni, izračunani so vnaprej, geometrijski parametri so povezani z nekaterimi relacijami. Znanstvenikove zaključke je bilo treba dopolniti z valovno mehaniko, saj je matematični modeli bili nemočni pojasniti nekatere pojave. Sodobna teorija pravi: za vsako snov obstajajo tri cone v stanju elektronov:

1. Valenčni pas elektronov je močno vezan na atome. Za prekinitev vezi je potrebno veliko energije. Elektroni valenčnega pasu ne sodelujejo pri prevodnosti.
2. Prevodni pas, elektroni, ko se v snovi pojavi poljska jakost, tvorijo električni tok (urejeno gibanje nosilcev naboja).
3. Prepovedano območje je območje energijskih stanj, kjer elektroni v normalnih pogojih ne morejo biti.

Jungova nerazložljiva izkušnja

Po teoriji pasov se prevodni pas prevodnika prekriva z valenčnim pasom. Nastane elektronski oblak, ki ga napetost zlahka odnese električno polje, ki tvori tok. Zaradi tega je upor prevodnika tako majhen. Poleg tega si znanstveniki zaman prizadevajo razložiti, kaj je elektron. Znano je le, da ima elementarni delec valovne in korpuskularne lastnosti. Heisenbergovo načelo negotovosti postavlja dejstva: nemogoče je s 100-odstotno verjetnostjo istočasno določiti lokacijo elektrona in energije.

Kar zadeva empirični del, so znanstveniki opazili, da Youngov eksperiment z elektroni daje zanimiv rezultat. Znanstvenik je prepustil tok fotonov skozi dve tesni reži ščita, dobil je interferenčni vzorec, sestavljen iz serije obrob. Predlagali so, da naredimo test z elektroni, zgodil se je kolaps:

1. Če elektroni preidejo v žarek in zaobidejo dve reži, nastane interferenčni vzorec. Kot da se fotoni premikajo.
2. Če elektrone sprožimo enega za drugim, se nič ne spremeni. Zato ... en delec se odbija od sebe, obstaja hkrati na več mestih?
3. Nato so začeli poskušati popraviti trenutek, ko je elektron prešel skozi ravnino ščita. In ... interferenčni vzorec je izginil. Nasproti razpok sta bili dve mesti.

Učinka je nemogoče razložiti znanstvena točka vizijo. Izkazalo se je, da elektroni "ugibajo" o tekočem opazovanju, prenehajo izkazovati valovne lastnosti. Prikazuje omejitve sodobnih idej fizike. Lepo bi bilo, če bi lahko uživali! Drugi mož znanosti je predlagal opazovanje delcev, ko so že prešli skozi vrzel (leteli v določeni smeri). In kaj? Spet elektroni ne kažejo več valovnih lastnosti.

Izkazalo se je, elementarni delcišel nazaj v čas. V trenutku, ko so prešli vrzel. Prodrl v skrivnost prihodnosti, vedoč, ali bo prišlo do nadzora. Obnašanje je bilo prilagojeno glede na dejstvo. Jasno je, da odgovor ne more biti zadetek v oči. Skrivnost še čaka na rešitev. Mimogrede, Einsteinova teorija, predstavljena na začetku 20. stoletja, je zdaj ovržena: najdeni so bili delci, katerih hitrost presega svetlobno.

Kako nastane upor prevodnikov?

Sodobni pogledi pravijo: prosti elektroni se premikajo vzdolž prevodnika s hitrostjo približno 100 km / s. Pod delovanjem polja, ki nastane v notranjosti, je drift urejen. Hitrost gibanja nosilcev vzdolž linij napetosti je majhna, nekaj centimetrov na minuto. Med gibanjem elektroni trčijo v atome kristalne mreže, določena količina energije se pretvori v toploto. In merilo te transformacije običajno imenujemo upor prevodnika. Višje je več električna energija spremeni v toploto. To je načelo delovanja grelnikov.

Vzporedno s kontekstom je številčni izraz prevodnosti materiala, ki ga lahko vidimo na sliki. Za pridobitev odpornosti je potrebno enoto razdeliti na določeno število. Potek nadaljnjih transformacij je obravnavan zgoraj. Vidi se, da je upor odvisen od parametrov - temperaturnega gibanja elektronov in dolžine njihove proste poti, ki neposredno vodi do strukture. kristalna mreža snovi. Pojasnilo - upor prevodnikov je različen. Baker ima manj aluminija.

§ petnajst. Električni upor

Usmerjeno gibanje električnih nabojev v katerem koli prevodniku ovirajo molekule in atomi tega prevodnika. Zato tako zunanji del vezja kot notranji (znotraj samega vira energije) motita prehod toka. Imenuje se vrednost, ki označuje upor električnega tokokroga proti prehodu električnega toka električni upor.
Vir električne energije, vključen v zaprto električno vezje, porablja energijo za premagovanje upora zunanjih in notranjih tokokrogov.
Električni upor je označen s črko r in je prikazan na diagramih, kot je prikazano na sl. 14, a.

Enota upora je ohm. Ohm imenujemo električni upor takega linearnega prevodnika, v katerem s konstantno potencialno razliko enega volta teče tok enega ampera, t.j.

Pri merjenju visokih uporov se uporabljajo enote tisoč in milijonkrat več ohmov. Imenujejo se kiloohm ( com) in megohm ( mama), 1 com = 1000 ohm; 1 mama = 1 000 000 ohm.
AT različne snovi vsebuje različno število prostih elektronov, atomi, med katerimi se ti elektroni gibljejo, pa imajo drugačno razporeditev. Zato je odpornost prevodnikov na električni tok odvisna od materiala, iz katerega so izdelani, od dolžine in površine. prečni prerez dirigent. Če primerjamo dva vodnika iz istega materiala, ima daljši vodnik večji upor pri enake površine prerezov, vodnik z velikim prerezom pa ima pri enakih dolžinah manjši upor.
Za relativno oceno električnih lastnosti prevodnega materiala služi njegova upornost. Upornost je upor kovinskega prevodnika z dolžino 1 m in površina preseka 1 mm 2; označena s črko ρ in se meri v
Če ima prevodnik iz materiala z upornostjo ρ dolžino l metrov in površino preseka q kvadratnih milimetrov, nato upor tega prevodnika

Formula (18) kaže, da je upor prevodnika neposredno sorazmeren z upornostjo materiala, iz katerega je izdelan, pa tudi z njegovo dolžino in obratno sorazmeren s površino prečnega prereza.
Odpornost prevodnikov je odvisna od temperature. Odpornost kovinskih vodnikov narašča z naraščanjem temperature. Ta odvisnost je precej zapletena, vendar v razmeroma ozkem območju temperaturnih sprememb (do približno 200 °C) lahko domnevamo, da za vsako kovino obstaja določen, tako imenovan temperaturni, uporni koeficient (alfa), ki izraža povečanje upora prevodnika Δ r ko se temperatura spremeni za 1 °C, navedeno v 1 ohm začetni upor.
Tako je temperaturni koeficient odpornosti

in povečanje odpornosti

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

kje r 1 - upor prevodnika pri temperaturi T 1 ;
r 2 - upor istega prevodnika pri temperaturi T 2 .
Pojasnimo izraz za temperaturni koeficient upora s primerom. Predpostavimo, da je bakrena linearna žica pri temperaturi T 1 = 15° ima upor r 1 = 50 ohm, in pri temperaturi T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Zato je povečanje odpornosti, ko se temperatura spremeni za 75 - 15 \u003d 60 °, 62 - 50 \u003d 12 ohm. Tako je povečanje upora, ki ustreza spremembi temperature za 1 °, enako:

Temperaturni koeficient upora za baker je enak povečanju upora, deljenemu z 1 ohm začetni upor, to je deljeno s 50:

Na podlagi formule (20) je mogoče vzpostaviti razmerje med upori r 2 in r 1:

(21)

Upoštevati je treba, da je ta formula le približen izraz odvisnosti upornosti od temperature in je ni mogoče uporabiti za merjenje uporov pri temperaturah nad 100 ° C.
Nastavljivi upori se imenujejo reostati(slika 14, b). Reostati so izdelani iz žice z visoko upornostjo, kot je nikrom. Odpornost reostatov se lahko spreminja enakomerno ali postopoma. Uporabljajo se tudi tekoči reostati, ki so kovinska posoda, napolnjena z nekakšno raztopino, ki prevaja električni tok, na primer raztopino sode v vodi.
Za sposobnost prevodnika, da prehaja električni tok, je značilna prevodnost, ki je recipročna upornost in je označena s črko g. Enota SI za prevodnost je (siemens).

Tako je razmerje med uporom in prevodnostjo prevodnika naslednje.

Električni upor se razume kot vsak upor, ki zazna tok pri prehodu skozi zaprto vezje, oslabi ali zavira prosti pretok električnih nabojev.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Merjenje upora z multimetrom" width="600" height="490">!}

Merjenje upora z multimetrom

Fizični koncept upora

Elektroni, ko prehajajo tok, krožijo po prevodniku organizirano glede na upor, ki ga naletijo na poti. Nižji kot je ta upor, večji je obstoječi red v mikrokozmosu elektronov. Ko pa je upor velik, se začnejo med seboj trkati in izločati termalna energija. V zvezi s tem se temperatura prevodnika vedno nekoliko dvigne, za večjo količino, večji ko elektroni najdejo upor proti svojemu gibanju.

Uporabljeni materiali

Vse znane kovine so bolj ali manj odporne proti prehodu toka, vključno z najboljšimi prevodniki. Zlato in srebro imata najmanjšo odpornost, vendar sta draga, zato je najpogosteje uporabljen material baker, ki ima visoko električno prevodnost. Aluminij se uporablja v manjšem obsegu.

Nikromova žica ima največjo odpornost proti prehodu toka (zlitina niklja (80%) in kroma (20%)). Široko se uporablja v uporih.

Drug široko uporabljen material za upor je ogljik. Iz njega so izdelani fiksni upori in reostati za uporabo v elektronska vezja. Fiksni upori in potenciometri se uporabljajo za nadzor vrednosti toka in napetosti, na primer pri nadzoru glasnosti in tona avdio ojačevalcev.

Izračun odpornosti

Za izračun vrednosti upornosti obremenitve se kot glavna uporablja formula, izpeljana iz Ohmovega zakona, če sta znani vrednosti toka in napetosti:

Merska enota je Ohm.

Za serijska povezava uporov, skupni upor najdemo tako, da seštejemo posamezne vrednosti:

R = R1 + R2 + R3 + …..

Pri vzporedna povezava se uporablja izraz:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

In kako najti električni upor žice glede na njene parametre in material izdelave? Za to obstaja še ena formula odpornosti:

R \u003d ρ x l / S, kjer:

• l je dolžina žice,
• S so dimenzije njegovega preseka,
• ρ je specifična prostornina upor materiala žice.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-1-600x417.png?.png 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/2-1-768x533..png 792w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Formula odpornosti

Geometrijske dimenzije žice je mogoče izmeriti. Toda za izračun upora s to formulo morate poznati koeficient ρ.

Pomembno! premagati vrednosti prostorninski upor je bil že izračunan za različnih materialov in povzeti v posebnih tabelah.

Vrednost koeficienta vam omogoča primerjavo upora različni tipi prevodnikov pri določeni temperaturi v skladu z njihovim fizične lastnosti ne glede na velikost. To lahko ponazorimo s primeri.

Primer izračuna električne upornosti bakrena žica, dolžina 500 m:

1. Če dimenzije odseka žice niso znane, lahko izmerite njen premer s čeljustjo. Recimo, da je 1,6 mm;
2. Pri izračunu površine preseka se uporablja formula:

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

1. Glede na tabelo smo našli vrednost ρ za baker, ki je enaka 0,0172 Ohm x m / mm²;
2. Zdaj bo električni upor izračunanega prevodnika:

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

Še en primer– nikroma žica s prečnim prerezom 0,1 mm², dolžina 1 m:

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

Dva primera jasno kažeta, da ima nikromova žica dolžine metra in 20-krat manjšega preseka električni upor 2,5-krat večji od 500 metrov bakrene žice.

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

Upornost nekaterih kovin

Pomembno! Na odpornost vpliva temperatura, s povečanjem katere se poveča in, nasprotno, zmanjša z znižanjem.

Impedanca

Impedanca je bolj splošen izraz za upor, ki upošteva reaktivno obremenitev. Izračun odpornosti zanke izmenični tok je izračunati impedanco.

Medtem ko upor zagotavlja upor za določen namen, je reaktivnost nesrečen stranski produkt nekaterih komponent električnega vezja.

Dve vrsti reaktanc:

1. Induktivna. Ustvarjeno s tuljavi. Formula za izračun:

X (L) = 2π x f x L, kjer je:

• f je trenutna frekvenca (Hz),
• L - induktivnost (H);

1. Kapacitivni. Ustvarili so kondenzatorji. Izračunano po formuli:

X (C) = 1/(2π x f x C),

kjer je C kapacitivnost (F).

Tako kot njegov aktivni dvojnik je reaktanca izražena v ohmih in tudi omejuje pretok toka skozi zanko. Če sta v vezju tako kapacitivnost kot induktor, je skupni upor:

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

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

Aktivna, induktivna in kapacitivna reaktanca

Pomembno! Iz formul reaktivne obremenitve sledijo formule zanimive lastnosti. S povečanjem frekvence izmeničnega toka in induktivnosti se X (L) poveča. Nasprotno, višja kot sta frekvenca in kapacitivnost, manjši je X (C).

Iskanje impedance (Z) ni preprost dodatek aktivnih in reaktivnih komponent:

Z = √ (R² + X²).

Primer 1

Tuljava v tokokrogu z močjo frekvenčnega toka ima aktivni upor 25 Ohmov in induktivnost 0,7 H. Impedanco lahko izračunate:

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

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

Kot φ je približno enak 83 stopinj.

Primer 2

Obstaja kondenzator z zmogljivostjo 100 mikrofaradov in notranjim uporom 12 ohmov. Impedanco lahko izračunate:

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

Na internetu lahko najdete spletni kalkulator za poenostavitev izračuna upora in impedance celotnega električnega tokokroga ali njegovih odsekov. Tam morate le hraniti svoje izračunane podatke in zabeležiti rezultate izračuna.

Video

Koncept električnega upora in prevodnosti

Vsako telo, skozi katerega teče električni tok, ima določen upor proti njemu. Lastnost prevodnega materiala, da preprečuje prehod električnega toka skozi njega, se imenuje električni upor.

Elektronska teorija na ta način razlaga bistvo električnega upora kovinskih prevodnikov. Ko se premikajo vzdolž prevodnika, prosti elektroni na svoji poti neštetokrat srečajo atome in druge elektrone in ob interakciji z njimi neizogibno izgubijo del svoje energije. Elektroni tako rekoč doživljajo upor proti svojemu gibanju. Različni kovinski vodniki, ki imajo različne atomska struktura, imajo različno odpornost proti električnemu toku.

Povsem enako pojasnjuje odpornost tekočih prevodnikov in plinov proti prehodu električnega toka. Vendar ne smemo pozabiti, da se v teh snoveh med gibanjem ne srečujejo elektroni, temveč nabiti delci molekul.

Odpornost je označena z latinskimi črkami R ali r.

Za enoto električnega upora se vzame ohm.

Ohm je upornost živosrebrovega stebra visoke 106,3 cm s presekom 1 mm2 pri temperaturi 0 ° C.

Če je na primer električni upor prevodnika 4 ohma, potem je zapisano takole: R = 4 ohma ali r = 4 ohma.

Za merjenje upora velike vrednosti je sprejeta enota, imenovana megohm.

En meg je enak milijonu ohmov.

Večji kot je upor prevodnika, slabše prevaja električni tok, in nasprotno, manjši kot je upor prevodnika, lažje je električni tok skozi ta prevodnik.

Zato lahko za karakterizacijo prevodnika (glede na prehod električnega toka skozi njega) upoštevamo ne le njegov upor, ampak tudi recipročno upornost in se imenuje prevodnost.

električna prevodnost Imenuje se sposobnost materiala, da skozi sebe prehaja električni tok.

Ker je prevodnost recipročna upornost, je izražena kot 1 / R, prevodnost je označena latinska črka g.

Vpliv materiala prevodnika, njegovih dimenzij in sobna temperatura na vrednost električnega upora

Odpornost različnih prevodnikov je odvisna od materiala, iz katerega so izdelani. Za karakterizacijo električnega upora različni materiali predstavil koncept tako imenovane upornosti.

Upornost je upor vodnika dolžine 1 m in s površino prečnega prereza 1 mm2. Upornost je označena z grško črko p. Vsak material, iz katerega je izdelan prevodnik, ima svojo upornost.

Na primer, upornost bakra je 0,017, to pomeni, da ima bakren vodnik dolžine 1 m in prečnega prereza 1 mm2 upor 0,017 ohmov. Upornost aluminija je 0,03, upornost železa je 0,12, upornost konstantana je 0,48, upornost nikroma je 1-1,1.

Upor prevodnika je neposredno sorazmeren z njegovo dolžino, to pomeni, da daljši kot je prevodnik, večji je njegov električni upor.

Upor prevodnika je obratno sorazmeren s površino njegovega preseka, to je, debelejši kot je vodnik, manjši je njegov upor, in obratno, tanjši kot je vodnik, večji je njegov upor.

Za boljše razumevanje tega razmerja si predstavljajte dva para komunikacijskih posod, pri čemer ima en par žil tanko povezovalno cev, drugi pa debelo. Jasno je, da ko je ena od posod (vsak par) napolnjena z vodo, bo njen prehod v drugo posodo skozi debelo cev potekal veliko hitreje kot skozi tanko, to pomeni, da bo debela cev nudila manjši upor proti toku voda. Na enak način električni tok lažje prehaja skozi debel prevodnik kot skozi tanek, to pomeni, da mu prvi nudi manjši upor kot drugi.

Električni upor prevodnika je enak specifičnemu uporu materiala, iz katerega je ta prevodnik izdelan, pomnožen z dolžino prevodnika in deljen s površino preseka prevodnika.:

R = R l / S,

Kje - R - upor prevodnika, ohm, l - dolžina prevodnika v m, S - površina prečnega prereza vodnika, mm 2.

Površina prečnega prereza okroglega prevodnika izračunano po formuli:

S = π d 2 / 4

Kjer je π - konstantna vrednost 3,14; d je premer prevodnika.

Tako se določi dolžina prevodnika:

l = S R / p ,

Ta formula omogoča določitev dolžine prevodnika, njegovega preseka in upornosti, če so znane druge količine, vključene v formulo.

Če je treba določiti površino prečnega prereza prevodnika, se formula zmanjša na naslednjo obliko:

S = R l / R

Če preoblikujemo isto formulo in rešimo enakost glede na p, najdemo upornost prevodnika:

R = R S / l

Zadnjo formulo je treba uporabiti v primerih, ko so upornost in dimenzije prevodnika znani, njegov material pa ni znan, poleg tega pa ga je težko določiti z videz. Da bi to naredili, je treba določiti upornost prevodnika in s pomočjo tabele poiskati material s tako upornostjo.

Drug razlog, ki vpliva na odpornost prevodnikov, je temperatura.

Ugotovljeno je bilo, da se z naraščajočo temperaturo upor kovinskih prevodnikov povečuje, z nižanjem pa zmanjšuje. To povečanje ali zmanjšanje upora za vodnike iz čiste kovine je skoraj enako in v povprečju znaša 0,4 % na 1 °C. Upor tekočih prevodnikov in premoga se z naraščanjem temperature zmanjšuje.

Elektronska teorija strukture snovi daje naslednjo razlago za povečanje upora kovinskih prevodnikov z naraščajočo temperaturo. Pri segrevanju prevodnik prejme toplotno energijo, ki se neizogibno prenese na vse atome snovi, zaradi česar se intenzivnost njihovega gibanja poveča. Povečano gibanje atomov ustvarja večji upor proti usmerjenemu gibanju prostih elektronov, zato se upor prevodnika poveča. Ko se temperatura zniža, obstajajo Boljši pogoji za usmerjeno gibanje elektronov, upor prevodnika pa se zmanjša. To pojasnjuje zanimiv pojav - superprevodnost kovin.

Superprevodnost, torej zmanjšanje odpornosti kovin na nič, se pojavi z velikim negativna temperatura- 273 ° C, imenovana absolutna nič. Pri temperaturi absolutne ničle se zdi, da kovinski atomi zamrznejo na mestu, ne da bi ovirali gibanje elektronov.

Ohmov zakon je osnovni zakon električnih vezij. Hkrati nam omogoča razlago številnih naravnih pojavov. Na primer, lahko razumemo, zakaj elektrika ne "premaga" ptic, ki sedijo na žicah. Za fiziko je Ohmov zakon izjemno pomemben. Brez njegove vednosti bi bilo nemogoče ustvariti stabilna električna vezja ali pa sploh ne bi bilo elektronike.

Odvisnost I = I(U) in njena vrednost

Zgodovina odkritja upornosti materialov je neposredno povezana s tokovno-napetostno karakteristiko. kaj je to? Vzemimo vezje s konstantnim električnim tokom in razmislimo o katerem koli njegovem elementu: svetilko, plinsko cev, kovinski prevodnik, bučko z elektrolitom itd.

S spreminjanjem napetosti U (pogosto imenovane V), ki se nanaša na zadevni element, bomo spremljali spremembo jakosti toka (I), ki teče skozenj. Kot rezultat bomo dobili odvisnost oblike I \u003d I (U), ki se imenuje "napetostna značilnost elementa" in je neposreden pokazatelj njegovih električnih lastnosti.

Volt-amperska značilnost je lahko za različne elemente videti drugače. Njegovo najpreprostejšo obliko dobimo z upoštevanjem kovinskega prevodnika, ki ga je naredil Georg Ohm (1789 - 1854).

Tokovno-napetostna karakteristika je linearna. Zato je njegov graf ravna črta.

Zakon v najpreprostejši obliki

Ohmove raziskave o tokovno-napetostnih značilnostih prevodnikov so pokazale, da je tokovna jakost znotraj kovinskega prevodnika sorazmerna potencialni razliki na njegovih koncih (I ~ U) in obratno sorazmerna določenemu koeficientu, to je I ~ 1/R. Ta koeficient so začeli imenovati "upornost prevodnika", merska enota električnega upora pa je bila Ohm ali V/A.

Omeniti velja še eno stvar. Ohmov zakon se pogosto uporablja za izračun upora v tokokrogih.

Besedilo zakona

Ohmov zakon pravi, da je trenutna jakost (I) posameznega odseka vezja sorazmerna napetosti v tem delu in obratno sorazmerna z njegovim uporom.

Treba je opozoriti, da v tej obliki zakon velja le za homogen odsek verige. Homogen je tisti del električnega tokokroga, ki ne vsebuje vira toka. Kako uporabiti Ohmov zakon v nehomogenem vezju, bomo obravnavali spodaj.

Kasneje je bilo eksperimentalno ugotovljeno, da zakon še vedno velja za raztopine elektrolitov v električnem tokokrogu.

Fizični pomen upora

Odpornost je lastnost materialov, snovi ali medijev, da preprečujejo prehod električnega toka. Kvantitativno upor 1 ohm pomeni, da lahko električni tok 1 A teče v prevodniku pri napetosti 1 V na njegovih koncih.

Specifična električna upornost

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je upor električnega toka prevodnika odvisen od njegovih dimenzij: dolžine, širine, višine. In tudi na njegovo obliko (krogla, valj) in material, iz katerega je izdelan. Tako bo formula za upornost, na primer, homogenega valjastega prevodnika: R \u003d p * l / S.

Če v to formulo damo s \u003d 1 m 2 in l \u003d 1 m, bo R številčno enak p. Od tu se izračuna merska enota za koeficient upornosti prevodnika v SI - to je Ohm * m.

V formuli upornosti je p koeficient upora, ki ga podaja kemične lastnosti material, iz katerega je izdelan prevodnik.

Za preučitev diferencialne oblike Ohmovega zakona je treba upoštevati še nekaj konceptov.

Kot veste, je električni tok strogo urejeno gibanje kakršnih koli nabitih delcev. Na primer, v kovinah so nosilci toka elektroni, v prevodnih plinih pa ioni.

Vzemimo trivialni primer, ko so vsi nosilci toka homogeni - kovinski prevodnik. V tem prevodniku miselno izpostavimo neskončno majhen volumen in označimo z u povprečno (drift, urejeno) hitrost elektronov v danem volumnu. Nadalje naj n označuje koncentracijo tokovnih nosilcev na enoto prostornine.

Zdaj narišemo neskončno malo območje dS pravokotno na vektor u in vzdolž hitrosti zgradimo neskončno mali valj z višino u*dt, kjer dt označuje čas, potreben, da vsi tokovni nosilci hitrosti, ki jih vsebuje obravnavana prostornina, preidejo skozi območje dS.

V tem primeru bodo naboj, enak q \u003d n * e * u * dS * dt, prenesli elektroni skozi območje, kjer je e naboj elektrona. Tako je gostota električnega toka vektor j = n * e * u, ki označuje količino naboja, prenesenega na enoto časa skozi enoto površine.

Ena od prednosti diferencialne definicije Ohmovega zakona je, da se lahko pogosto znebite brez izračuna upora.

Električni naboj. Moč električnega polja

Moč polja skupaj z električni naboj je temeljni parameter v teoriji elektrike. Hkrati je mogoče dobiti njihovo kvantitativno predstavitev preprosti poskusi na voljo študentom.

Zaradi poenostavitve razmišljanja bomo upoštevali elektrostatično polje. to je električno polje, ki se s časom ne spreminja. Takšno polje lahko ustvarijo stacionarni električni naboji.

Za naše namene je potrebno tudi testno polnjenje. V svoji zmožnosti bomo uporabili nabito telo - tako majhno, da ni sposobno povzročiti motenj (prerazporeditve nabojev) v okoliških predmetih.

Razmislite o dveh vzetih preskusnih nabojih, ki sta zaporedoma postavljena na eno točko v prostoru, ki je pod vplivom elektrostatičnega polja. Izkazalo se je, da bodo obtožbe podvržene časovno nespremenljivemu vplivu z njegove strani. Naj bosta F 1 in F 2 sili, ki delujeta na naboje.

Kot rezultat posploševanja eksperimentalnih podatkov je bilo ugotovljeno, da sta sili F 1 in F 2 usmerjeni bodisi v eno bodisi v nasprotni smeri, njuno razmerje F 1 /F 2 pa je neodvisno od točke v prostoru, kjer se preskusni naboji so bili izmenično postavljeni. Posledično je razmerje F 1 /F 2 značilnost izključno samih nabojev in nikakor ni odvisno od polja.

Odpiranje to dejstvo omogočila karakterizacijo naelektrenosti teles in se je kasneje imenovala električni naboj. Tako se po definiciji dobi q 1 / q 2 \u003d F 1 / F 2, kjer sta q 1 in q 2 velikost nabojev, nameščenih na eni točki polja, F 1 in F 2 pa sta sili, ki delujeta o obtožbah s terena.

Iz takih premislekov so bile eksperimentalno ugotovljene velikosti nabojev različnih delcev. Pogojno damo v razmerje enega od testnih nabojev enako ena, lahko izračunate vrednost drugega naboja z merjenjem razmerja F 1 /F 2 .

Vsako električno polje lahko označimo z znanim nabojem. Tako se sila, ki deluje na enotni preskusni naboj v mirovanju, imenuje jakost električnega polja in je označena z E. Iz definicije naboja dobimo, da ima vektor jakosti naslednjo obliko: E = F/q.

Povezava vektorjev j in E. Druga oblika Ohmovega zakona

Upoštevajte tudi, da je definicijo upornosti cilindra mogoče posplošiti na žice iz istega materiala. V tem primeru bo površina preseka iz formule upornosti enaka preseku žice, l pa njena dolžina.