Vad är ohm resistans. Elektriskt motstånd - Kunskapsstormarknad

Ledarmotstånd - förmågan hos ett material att motstå flöde elektrisk ström. Inklusive fallet med hudeffekten av alternerande högfrekventa spänningar.

Fysiska definitioner

Material är indelade i klasser efter resistivitet. Värdet som övervägs - resistens - anses vara nyckeln, det gör det möjligt att utföra graderingen av alla ämnen som finns i naturen:

Ledare - material med resistivitet upp till 10 μΩ m. Gäller de flesta metaller, grafit.
Dielektrikum - resistivitet 100 MΩ m - 10 PΩ m. Prefixet Peta används i samband med den femtonde graden av tio.
Halvledare är en grupp elektriska material med resistivitet som sträcker sig från ledare till dielektrikum.

Resistivitet kallas, vilket gör att du kan karakterisera parametrarna för en tråd som är skuren 1 meter lång, område 1 kvadratmeter. Oftast är det svårt att använda siffror. Tvärsnittet av en riktig kabel är mycket mindre. Till exempel, för PV-3, är arean tiotals millimeter. Beräkningen förenklas om du använder enheterna Ohm sq. mm / m (se fig.).

Resistivitet hos metaller

Resistivitet betecknas grekiskt brev"ro", för att få ett motståndsindex, multiplicera värdet med längden, dividera med arean av provet. Omvandlingen mellan standardmåttenheter Ohm m som oftare används för beräkning visar: förhållandet etableras genom den sjätte potensen av tio. Ibland kommer det att vara möjligt att hitta information om kopparresistiviteten bland tabellvärdena:

168 μΩ m;
0,00175 ohm sq. MMM.

Det är lätt att se till att siffrorna skiljer sig med ca 4%, se till genom att gjuta enheterna. Det betyder att siffrorna anges för kopparhalten. Om exakta beräkningar behövs specificeras frågan ytterligare, separat. Information om provets resistivitet erhålls rent empiriskt. En bit tråd med känt tvärsnitt, längd är ansluten till multimeterns kontakter. För att få ett svar måste du dividera avläsningarna med längden på provet, multiplicera med tvärsnittsarean. I tester är det meningen att man ska välja ett prov som är mer autentiskt, vilket minimerar felet. En betydande del av testarna är utrustade med otillräcklig noggrannhet för att erhålla giltiga värden.

Så det är obekvämt för dem som är rädda för fysiker, som är desperata efter att bemästra kinesiska multimetrar, att arbeta med resistivitet. Det är mycket lättare att ta ett färdigt snitt (av större längd), utvärdera parametern för ett helt stycke. I praktiken spelar Ohms fraktioner en liten roll, dessa åtgärder utförs för att uppskatta förluster. Direkt bestäms av kretssektionens aktiva motstånd och är kvadratiskt beroende av strömmen. Med tanke på ovanstående noterar vi: ledare inom elektroteknik delas vanligtvis in i två kategorier efter tillämplighet:

Material med hög ledningsförmåga, högt motstånd. De förra används för att skapa kablar, de senare - motstånd (motstånd). Det finns ingen tydlig distinktion i tabellerna, det praktiska beaktas. Silver med lågt motstånd används inte alls för att skapa ledningar, sällan för enhetskontakter. Av uppenbara skäl.
Legeringar med hög elasticitet används för att skapa flexibla strömförande delar: fjädrar, arbetande delar av kontaktorer. Motståndet bör vanligtvis hållas till ett minimum. Det är tydligt att vanlig koppar, som har en hög grad av plasticitet, är fundamentalt olämplig för dessa ändamål.
Legeringar med hög eller låg termisk expansionskoefficient. De förra fungerar som grunden för skapandet av bimetalliska plattor som strukturellt fungerar som bas. De senare utgör en grupp av invarlegeringar. Krävs ofta där det är viktigt geometrisk form. Vid glödtrådshållare (ersätter dyr volfram) och vakuumtäta kopplingar vid kopplingen med glas. Men ännu oftare har Invar-legeringar inget med elektricitet att göra, de används som en del av verktygsmaskiner och enheter.

Formeln för att relatera resistivitet till ohm

Fysisk grund för elektrisk konduktivitet

Ledarens resistans känns igen som inversen av elektrisk ledningsförmåga. I modern teori har det inte fastställts noggrant hur processen med nuvarande generation uppstår. Fysiker träffar ofta en vägg och observerar ett fenomen som inte kunde förklaras på något sätt utifrån tidigare framlagda begrepp. Idag anses bandteorin vara dominerande. Det krävs att ge en kort exkursion i utvecklingen av idéer om materiens struktur.

Till en början antog man att ämnet representeras av ett positivt laddat ämne, elektroner flyter i det. Så tänkte den ökända Lord Kelvin (nee Thomson), efter vilken måttenheten för absolut temperatur är uppkallad. För första gången gjorde ett antagande om planetstrukturen hos atomer Rutherford. Teorin som lades fram 1911 baserades på det faktum att alfastrålning avböjdes av ämnen med stor spridning (enskilda partiklar ändrade flygvinkeln med en mycket betydande mängd). Baserat på de befintliga förutsättningarna drog författaren slutsatsen att atomens positiva laddning är koncentrerad i ett litet område av rymden, som kallas kärnan. Faktumet av enskilda fall av en stark avvikelse av flygvinkeln beror på det faktum att partikelns väg löpte i omedelbar närhet av kärnan.

Så gränserna för geometriska dimensioner är satta enskilda element och för olika ämnen. Vi drog slutsatsen att diametern på guldkärnan passar i området 3 pm (pico är ett prefix till den negativa tolfte potensen av tio). Ytterligare utveckling Teorin om ämnens struktur utfördes av Bohr 1913. Baserat på observationen av vätejonernas beteende drog han slutsatsen att laddningen av en atom är enhet, och massan bestämdes till att vara ungefär en sextondel av syrevikten. Bohr föreslog att elektronen hålls av de attraktionskrafter som bestäms av Coulomb. Därför hindrar något från att falla på kärnan. Bohr föreslog att centrifugalkraften som uppstår från rotationen av partikeln i omloppsbana är skyldig.

En viktig ändring av layouten gjordes av Sommerfeld. Tillåtit banornas elliptiska, införde två kvanttal som beskriver banan – n och k. Bohr märkte att Maxwells teori för modellen misslyckas. En rörlig partikel måste generera ett magnetfält i rymden, sedan skulle elektronen gradvis falla på kärnan. Därför måste vi erkänna: det finns banor där strålning av energi till rymden inte sker. Det är lätt att se: antagandena motsäger varandra, vilket återigen påminner om: ledarens motstånd, som fysisk kvantitet, fysiker idag är oförmögna att förklara.

Varför? Zonteorin har valt Bohrs postulat som grund, som säger: banornas positioner är diskreta, de är beräknade i förväg, de geometriska parametrarna är sammankopplade av vissa relationer. Forskarens slutsatser var tvungna att kompletteras med vågmekanik, eftersom matematiska modeller var maktlösa att förklara vissa fenomen. Modern teori säger: för varje ämne finns det tre zoner i elektronernas tillstånd:

Valensbandet av elektroner starkt bundna till atomer. Det tar mycket energi att bryta bandet. Elektroner i valensbandet deltar inte i ledning.
Ledningsbandet, elektroner, bildar, när en fältstyrka uppstår i ett ämne, en elektrisk ström (en ordnad rörelse av laddningsbärare).
Den förbjudna zonen är den region av energitillstånd där elektroner inte kan vara under normala förhållanden.

Jungs oförklarliga upplevelse

Enligt bandteorin överlappar en ledares ledningsband valensbandet. Ett elektronmoln bildas som lätt förs bort av spänningar elektriskt fält bildar en ström. Av denna anledning är ledarens motstånd så litet. Dessutom gör forskare meningslösa ansträngningar för att förklara vad en elektron är. Det är bara känt att en elementarpartikel uppvisar våg- och korpuskulära egenskaper. Heisenbergs osäkerhetsprincip sätter fakta på plats: det är omöjligt med 100 % sannolikhet att samtidigt bestämma platsen för en elektron och energi.

När det gäller den empiriska delen har forskare märkt att Youngs experiment med elektroner ger ett intressant resultat. Forskaren passerade en ström av fotoner genom två täta sköldskåror, ett interferensmönster erhölls, sammansatt av en serie fransar. De föreslog att man skulle göra ett test med elektroner, en kollaps hände:

Om elektroner passerar i en stråle, förbi två slitsar, bildas ett interferensmönster. Det är som att fotoner rör sig.
Om elektronerna avfyras en i taget förändras ingenting. Därför... en partikel reflekteras från sig själv, finns på en gång på flera ställen?
Sedan började de försöka fixa ögonblicket när elektronen passerade genom sköldens plan. Och... interferensmönstret försvann. Det fanns två fläckar mittemot sprickorna.

Effekten är maktlös att förklara med vetenskaplig poäng syn. Det visar sig att elektronerna "gissar" om den pågående observationen, slutar uppvisa vågegenskaper. Visar begränsningarna för moderna fysikidéer. Det skulle vara trevligt om du kunde njuta av det! En annan vetenskapsman föreslog att man skulle observera partiklarna när de redan hade passerat genom gapet (flög i en viss riktning). Och vad? Återigen uppvisar elektronerna inte längre vågegenskaper.

Det visar sig, elementarpartiklar gick tillbaka i tiden. I det ögonblick då de passerade luckan. Trängde in i framtidens mysterium, och visste om det kommer att bli övervakning. Beteendet justerades beroende på faktum. Det är uppenbart att svaret inte kan bli en träff. Mysteriet väntar fortfarande på att bli löst. Förresten, Einsteins teori, som lades fram i början av 1900-talet, har nu motbevisats: man har hittat partiklar vars hastighet överstiger ljusets hastighet.

Hur bildas ledarnas motstånd?

Moderna vyer säger: fria elektroner rör sig längs ledaren med en hastighet av cirka 100 km / s. Under verkan av fältet som uppstår inuti, beordras driften. Rörelsehastigheten för bärare längs spänningslinjerna är liten, några centimeter per minut. Under rörelsen kolliderar elektroner med atomer i kristallgittret, en viss mängd energi omvandlas till värme. Och måttet på denna transformation kallas vanligtvis ledarens motstånd. Ju högre desto mer elektrisk energi förvandlas till värme. Detta är principen för drift av värmare.

Parallellt med sammanhanget finns det numeriska uttrycket för materialets konduktivitet, vilket kan ses i figuren. För att få motstånd är det nödvändigt att dela enheten med det angivna antalet. Förloppet för ytterligare transformationer diskuteras ovan. Det kan ses att motståndet beror på parametrarna - elektronernas temperaturrörelse och längden på deras fria väg, vilket direkt leder till strukturen kristallgitterämnen. Förklaring - ledarnas motstånd är olika. Koppar har mindre aluminium.

15 §. Elektrisk resistans

Den riktade rörelsen av elektriska laddningar i vilken ledare som helst hindras av denna ledares molekyler och atomer. Därför stör både den externa sektionen av kretsen och den interna (inuti själva energikällan) passagen av ström. Värdet som kännetecknar motståndet hos en elektrisk krets mot passage av elektrisk ström kallas elektrisk resistans.
Källan till elektrisk energi, som ingår i en sluten elektrisk krets, förbrukar energi för att övervinna motståndet i de externa och interna kretsarna.
Elektriskt motstånd betecknas med bokstaven r och avbildas i diagrammen som visas i fig. 14, a.

Motståndsenheten är ohm. Ohm kallas det elektriska motståndet hos en sådan linjär ledare i vilken det med en konstant potentialskillnad på en volt flyter en ström på en ampere, d.v.s.

Vid mätning av höga resistanser används enheter på tusen och en miljon gånger fler ohm. De kallas kiloohm ( com) och megohm ( Mamma), 1 com = 1000 ohm; 1 Mamma = 1 000 000 ohm.
I olika ämnen innehåller ett annat antal fria elektroner, och atomerna mellan vilka dessa elektroner rör sig har ett annat arrangemang. Därför beror ledarnas motstånd mot elektrisk ström på materialet från vilket de är gjorda, på längden och arean. tvärsnitt dirigent. Om två ledare av samma material jämförs, så har den längre ledaren mer motstånd vid lika områden tvärsnitt, och en ledare med stort tvärsnitt har mindre motstånd vid lika längder.
För en relativ bedömning av ledarmaterialets elektriska egenskaper tjänar dess resistivitet. Resistivitetär motståndet hos en metallledare med en längd på 1 m och tvärsnittsarea 1 mm 2; betecknas med bokstaven ρ, och mäts i
Om en ledare gjord av ett material med resistivitet ρ har en längd l meter och tvärsnittsarea q kvadratmillimeter, sedan motståndet för denna ledare

Formel (18) visar att ledarens resistans är direkt proportionell mot resistiviteten hos materialet som den är gjord av, såväl som dess längd, och omvänt proportionell mot tvärsnittsarean.
Ledarnas motstånd beror på temperaturen. Motståndet hos metallledare ökar med ökande temperatur. Detta beroende är ganska komplicerat, men inom ett relativt snävt område av temperaturförändringar (upp till cirka 200 ° C) kan vi anta att det för varje metall finns en viss, så kallad temperatur, motståndskoefficient (alfa), som uttrycker ökning av motståndet hos ledaren Δ r när temperaturen ändras med 1 °C, se 1 ohm initialt motstånd.
Således temperaturkoefficienten av motstånd

och ökat motstånd

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

var r 1 - ledarmotstånd vid temperatur T 1 ;
r 2 - motstånd för samma ledare vid en temperatur T 2 .
Låt oss förklara uttrycket för motståndets temperaturkoefficient med ett exempel. Låt oss anta att en koppar linjär tråd vid en temperatur T 1 = 15° har motstånd r 1 = 50 ohm och vid en temperatur T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Därför är ökningen i motstånd när temperaturen ändras med 75 - 15 \u003d 60 ° 62 - 50 \u003d 12 ohm. Således är ökningen av motståndet motsvarande en temperaturförändring med 1 ° lika med:

Temperaturkoefficienten för motståndet för koppar är lika med ökningen av motståndet dividerat med 1 ohm initialt motstånd, d.v.s. dividerat med 50:

Baserat på formel (20) är det möjligt att fastställa sambandet mellan resistanserna r 2 och r 1:

(21)

Man bör komma ihåg att denna formel endast är ett ungefärligt uttryck för motståndets beroende av temperatur och inte kan användas för att mäta motstånd vid temperaturer som överstiger 100 ° C.
Justerbara motstånd kallas reostater(Fig. 14, b). Reostater är gjorda av tråd med hög resistivitet, såsom nikrom. Motståndet hos reostater kan variera jämnt eller i steg. Flytande reostater används också, som är ett metallkärl fyllt med någon form av lösning som leder elektrisk ström, till exempel en lösning av läsk i vatten.
Förmågan hos en ledare att passera elektrisk ström kännetecknas av ledningsförmåga, vilket är det reciproka motståndet, och indikeras med bokstaven g. SI-enheten för konduktivitet är (siemens).

Således är förhållandet mellan resistansen och konduktiviteten hos en ledare som följer.

Elektriskt motstånd förstås som varje motstånd som upptäcker ström när den passerar genom en sluten krets, försvagar eller hämmar det fria flödet av elektriska laddningar.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: Mätning av motstånd med en multimeter" width="600" height="490">!}

Mätning av motstånd med en multimeter

Det fysiska begreppet motstånd

Elektroner, när de passerar ström, cirkulerar i en ledare på ett organiserat sätt enligt det motstånd de möter på vägen. Ju lägre detta motstånd är, desto större är den befintliga ordningen i elektronernas mikrokosmos. Men när motståndet är högt börjar de kollidera med varandra och utsöndras värmeenergi. I detta avseende stiger ledarens temperatur alltid något, med en större mängd, ju högre elektronerna finner motstånd mot sin rörelse.

Material som används

Alla kända metaller är mer eller mindre motståndskraftiga mot strömpassage, inklusive de bästa ledarna. Guld och silver har minst motstånd, men de är dyra, så det vanligaste materialet är koppar, som har en hög elektrisk ledningsförmåga. Aluminium används i mindre skala.

Nikromtråd har det högsta motståndet mot strömpassage (en legering av nickel (80%) och krom (20%)). Det används ofta i motstånd.

Ett annat allmänt använt motståndsmaterial är kol. Från den görs fasta motstånd och reostater för användning i elektroniska kretsar. Fasta motstånd och potentiometrar används för att styra ström- och spänningsvärden, till exempel vid styrning av volym och ton på ljudförstärkare.

Motståndsberäkning

För att beräkna värdet på belastningsresistansen används formeln härledd från Ohms lag som den huvudsakliga om värdena för ström och spänning är kända:

Måttenheten är Ohm.

För seriell anslutning resistorer, det totala motståndet hittas genom att summera de individuella värdena:

R = R1 + R2 + R3 + …..

På parallellkoppling uttryck används:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

Och hur hittar man det elektriska motståndet för en tråd, med tanke på dess parametrar och tillverkningsmaterial? Det finns en annan motståndsformel för detta:

R \u003d ρ x l / S, där:

l är längden på tråden,
S är måtten på dess tvärsnitt,
ρ är trådmaterialets specifika volymresistans.

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">

Motståndsformel

Trådens geometriska dimensioner kan mätas. Men för att beräkna motståndet med denna formel måste du känna till koefficienten ρ.

Viktig! slå värden volymmotstånd har redan beräknats för olika material och sammanfattas i särskilda tabeller.

Värdet på koefficienten låter dig jämföra motståndet olika typer ledare vid en given temperatur i enlighet med deras fysikaliska egenskaper oavsett storlek. Detta kan illustreras med exempel.

Exempel på elektrisk resistansberäkning koppartråd, 500 m lång:

Om dimensionerna på trådsektionen är okända kan du mäta dess diameter med en bromsok. Låt oss säga att det är 1,6 mm;
Vid beräkning av tvärsnittsarean används formeln:

Då S = 3,14 x (1,6/2)² = 2 mm²;

Enligt tabellen fann vi värdet på ρ för koppar, lika med 0,0172 Ohm x m / mm²;
Nu kommer det elektriska motståndet för den beräknade ledaren att vara:

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

Ett annat exempel– nikrom tråd med ett tvärsnitt på 0,1 mm², längd 1 m:

ρ-indexet för nikrom är 1,1 Ohm x m/mm²;
R \u003d ρ x l / S \u003d 1,1 x 1 / 0,1 \u003d 11 ohm.

Två exempel visar tydligt att en nikromtråd på en meter lång och ett tvärsnitt 20 gånger mindre har ett elektriskt motstånd som är 2,5 gånger större än 500 meter koppartråd.

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

Resistivitet hos vissa metaller

Viktig! Motståndet påverkas av temperaturen, vars ökning ökar och omvänt minskar med en minskning.

Impedans

Impedans är en mer allmän term för resistans som tar hänsyn till en reaktiv belastning. Beräkning av slingmotstånd växelströmär att beräkna impedansen.

Medan ett motstånd ger motstånd för ett specifikt ändamål, är reaktiv en olycklig biprodukt av vissa elektriska kretskomponenter.

Två typer av reaktans:

Induktiv. Skapad av spolar. Beräkningsformel:

X (L) = 2π x f x L, där:

f är den aktuella frekvensen (Hz),
L - induktans (H);

Kapacitiv. Skapad av kondensatorer. Beräknat enligt formeln:

X (C) = 1/(2π x f x C),

där C är kapacitansen (F).

Liksom sin aktiva motsvarighet uttrycks reaktansen i ohm och begränsar också strömflödet genom slingan. Om det finns både en kapacitans och en induktor i kretsen är det totala motståndet:

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

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

Aktiv, induktiv och kapacitiv reaktans

Viktig! Från de reaktiva belastningsformlerna följer intressanta funktioner. Med en ökning av frekvensen av växelström och induktans ökar X (L). Omvänt, ju högre frekvens och kapacitans, desto mindre X (C).

Hitta impedansen (Z) är inte ett enkelt tillägg av de aktiva och reaktiva komponenterna:

Z = √ (R² + X²).

Exempel 1

En spole i en krets med en effektfrekvensström har ett aktivt motstånd på 25 Ohm och en induktans på 0,7 H. Du kan beräkna impedansen:

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 φ \u003d X (L) / R \u003d 218.45 / 25 \u003d 8.7.

Vinkeln φ är ungefär lika med 83 grader.

Exempel 2

Det finns en kondensator med en kapacitet på 100 mikrofarad och ett internt motstånd på 12 ohm. Du kan beräkna impedansen:

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.

På Internet kan du hitta en online-kalkylator för att förenkla beräkningen av motståndet och impedansen för hela den elektriska kretsen eller dess sektioner. Där behöver du bara behålla dina beräknade data och registrera resultatet av beräkningen.

Video

Begreppet elektriskt motstånd och konduktivitet

Varje kropp genom vilken en elektrisk ström flyter, har ett visst motstånd mot det. Egenskapen hos ett ledarmaterial att förhindra att elektrisk ström passerar genom det kallas elektriskt motstånd.

Elektronisk teori förklarar essensen av det elektriska motståndet hos metallledare på detta sätt. När de rör sig längs en ledare möter fria elektroner atomer och andra elektroner otaliga gånger på vägen och, när de interagerar med dem, förlorar de oundvikligen en del av sin energi. Elektronerna upplever liksom motstånd mot sin rörelse. Olika metallledare har olika atomstruktur, har olika motstånd mot elektrisk ström.

Exakt detsamma förklarar motståndet hos vätskeledare och gaser mot passage av elektrisk ström. Man bör dock inte glömma att i dessa ämnen möter inte elektroner, utan laddade partiklar av molekyler motstånd under sin rörelse.

Motstånd indikeras med latinska bokstäver R eller r.

Ohm tas som enheten för elektriskt motstånd.

Ohm är motståndet hos en kvicksilverkolonn 106,3 cm hög med ett tvärsnitt på 1 mm2 vid en temperatur på 0 °C.

Om till exempel ledarens elektriska resistans är 4 ohm, skrivs det enligt följande: R \u003d 4 ohm eller r \u003d 4 ohm.

För att mäta resistansen för ett stort värde används en enhet som kallas megohm.

En meg är lika med en miljon ohm.

Ju större resistans ledaren har, desto sämre leder den elektrisk ström, och omvänt, ju lägre resistans ledaren har, desto lättare är det för den elektriska strömmen att passera genom denna ledare.

Därför, för att karakterisera ledaren (när det gäller passagen av elektrisk ström genom den), kan man överväga inte bara dess motstånd, utan också det ömsesidiga motståndet och kallas konduktivitet.

elektrisk konduktivitet Ett materials förmåga att passera en elektrisk ström genom sig själv kallas.

Eftersom konduktivitet är det reciproka motståndet uttrycks det som 1 / R, konduktiviteten betecknas latinsk bokstav g.

Ledarmaterialets inverkan, dess dimensioner och omgivningstemperatur på värdet av elektriskt motstånd

Motståndet hos olika ledare beror på materialet från vilket de är gjorda. För att karakterisera det elektriska motståndet olika material introducerade begreppet den så kallade resistiviteten.

Resistivitetär motståndet hos en ledare 1 m lång och med en tvärsnittsarea på 1 mm2. Resistivitet betecknas med den grekiska bokstaven p. Varje material som ledaren är gjord av har sin egen resistivitet.

Till exempel är kopparresistiviteten 0,017, det vill säga en kopparledare 1 m lång och 1 mm2 i tvärsnitt har ett motstånd på 0,017 ohm. Resistiviteten för aluminium är 0,03, resistiviteten för järn är 0,12, resistiviteten för konstantan är 0,48, resistiviteten för nikrom är 1-1,1.

Motståndet hos en ledare är direkt proportionell mot dess längd, det vill säga ju längre ledaren är, desto större är dess elektriska motstånd.

Motståndet hos en ledare är omvänt proportionell mot dess tvärsnittsarea, det vill säga ju tjockare ledaren är, desto mindre är dess resistans, och omvänt, ju tunnare ledaren är, desto större motstånd.

För att bättre förstå detta förhållande, föreställ dig två par av kommunicerande kärl, där ett par kärl har ett tunt anslutningsrör och det andra har ett tjockt. Det är tydligt att när ett av kärlen (varje par) är fyllt med vatten, kommer dess övergång till ett annat kärl genom ett tjockt rör att ske mycket snabbare än genom ett tunt, dvs ett tjockt rör ger mindre motstånd mot flödet av vatten. På samma sätt är det lättare för en elektrisk ström att passera genom en tjock ledare än genom en tunn, det vill säga den första ger honom mindre motstånd än den andra.

Det elektriska motståndet hos en ledare är lika med det specifika motståndet för materialet från vilket denna ledare är gjord, multiplicerat med ledarens längd och dividerat med arean av ledarens tvärsnittsarea:

R = R l/S,

Var - R - ledarmotstånd, ohm, l - ledarlängd i m, S - ledartvärsnittsarea, mm 2.

Tvärsnittsarea för en rund ledare beräknas med formeln:

S = π d 2/4

Där π - konstant värde lika med 3,14; d är ledarens diameter.

Och så bestäms längden på ledaren:

l = S R / p ,

Denna formel gör det möjligt att bestämma ledarens längd, dess tvärsnitt och resistivitet, om de andra kvantiteterna som ingår i formeln är kända.

Om det är nödvändigt att bestämma tvärsnittsarean för ledaren, reduceras formeln till följande form:

S = Rl/R

Om vi transformerar samma formel och löser likheten med avseende på p, finner vi ledarens resistivitet:

R = R S/l

Den sista formeln måste användas i de fall då ledarens resistans och dimensioner är kända, och dess material är okänt och dessutom är det svårt att bestämma utseende. För att göra detta är det nödvändigt att bestämma ledarens resistivitet och, med hjälp av tabellen, hitta ett material som har en sådan resistivitet.

En annan orsak som påverkar ledarnas resistans är temperatur.

Det har fastställts att med ökande temperatur ökar motståndet hos metallledare, och minskar med minskande. Denna ökning eller minskning av motståndet för ledare av rena metall är nästan densamma och är i genomsnitt 0,4 % per 1°C. Motståndet hos vätskeledare och kol minskar med ökande temperatur.

Den elektroniska teorin om materiens struktur ger följande förklaring till ökningen av motståndet hos metallledare med ökande temperatur. När den värms upp får ledaren termisk energi, som oundvikligen överförs till alla atomer i ämnet, vilket resulterar i att intensiteten i deras rörelse ökar. Den ökade rörelsen av atomer skapar mer motstånd mot den riktade rörelsen av fria elektroner, vilket är anledningen till att ledarens motstånd ökar. När temperaturen sjunker finns det Bättre förutsättningar för den riktade rörelsen av elektroner, och ledarens motstånd minskar. Detta förklarar ett intressant fenomen - supraledning hos metaller.

Superledning, d.v.s. en minskning av metallernas motstånd till noll, inträffar med en enorm negativ temperatur- 273°C, kallad absolut noll. Vid en temperatur på absolut noll tycks metallatomerna frysa på plats, utan att hindra elektronernas rörelse alls.

Ohms lag är den grundläggande lagen för elektriska kretsar. Samtidigt låter det oss förklara många naturfenomen. Till exempel kan man förstå varför elektriciteten inte "slår" fåglarna som sitter på ledningarna. För fysiken är Ohms lag extremt betydelsefull. Utan hans vetskap skulle det vara omöjligt att skapa stabila elektriska kretsar, annars skulle det inte finnas någon elektronik alls.

Beroende I = I(U) och dess värde

Historien om upptäckten av materialresistans är direkt relaterad till strömspänningskarakteristiken. Vad det är? Låt oss ta en krets med konstant elektrisk ström och överväga något av dess element: en lampa, ett gasrör, en metallledare, en elektrolytkolv, etc.

Genom att ändra spänningen U (ofta kallad V) som appliceras på elementet i fråga kommer vi att spåra förändringen i strömstyrkan (I) som passerar genom det. Som ett resultat kommer vi att få ett beroende av formen I \u003d I (U), som kallas "elementets spänningsegenskaper" och är en direkt indikator på dess elektriska egenskaper.

Volt-ampere-karakteristiken kan se olika ut för olika element. Dess enklaste form erhålls genom att betrakta en metallledare, vilket gjordes av Georg Ohm (1789 - 1854).

Ström-spänningskarakteristiken är ett linjärt samband. Därför är dess graf en rak linje.

Lagen i sin enklaste form

Ohms forskning om ström-spänningsegenskaper hos ledare visade att strömstyrkan inuti en metallledare är proportionell mot potentialskillnaden vid dess ändar (I ~ U) och omvänt proportionell mot en viss koefficient, det vill säga I ~ 1/R. Denna koefficient började kallas "ledarresistans", och måttenheten för elektrisk resistans var Ohm eller V/A.

Det är värt att notera en sak till. Ohms lag används ofta för att beräkna resistans i kretsar.

Lagens ordalydelse

Ohms lag säger att strömstyrkan (I) för en enskild sektion av kretsen är proportionell mot spänningen i denna sektion och omvänt proportionell mot dess motstånd.

Det bör noteras att i denna form gäller lagen endast för en homogen del av kedjan. Homogen är den del av den elektriska kretsen som inte innehåller en strömkälla. Hur man använder Ohms lag i en inhomogen krets kommer att diskuteras nedan.

Senare fastställdes experimentellt att lagen fortfarande gäller för elektrolytlösningar i en elektrisk krets.

Motståndets fysiska betydelse

Motstånd är egenskapen hos material, ämnen eller media för att förhindra passage av elektrisk ström. Kvantitativt innebär ett motstånd på 1 ohm att en elektrisk ström på 1 A kan passera i en ledare med en spänning på 1 V i dess ändar.

Specifik elektrisk resistans

Det fastställdes experimentellt att motståndet hos ledarens elektriska ström beror på dess dimensioner: längd, bredd, höjd. Och även på dess form (sfär, cylinder) och materialet från vilket den är gjord. Således kommer formeln för resistivitet, till exempel, för en homogen cylindrisk ledare att vara: R \u003d p * l / S.

Om vi sätter s \u003d 1 m 2 och l \u003d 1 m i denna formel, kommer R att vara numeriskt lika med p. Härifrån beräknas måttenheten för resistivitetskoefficienten för ledaren i SI - detta är Ohm * m.

I resistivitetsformeln är p dragkoefficienten som ges av kemiska egenskaper material som ledaren är gjord av.

För att överväga den differentiella formen av Ohms lag är det nödvändigt att överväga några fler begrepp.

Som du vet är elektrisk ström en strikt beordrad rörelse av alla laddade partiklar. Till exempel i metaller är strömbärare elektroner och i ledande gaser joner.

Låt oss ta ett trivialt fall när alla strömbärare är homogena - en metallledare. Låt oss mentalt peka ut en oändligt liten volym i denna ledare och beteckna med u medelhastigheten (drift, ordnad) elektroner i den givna volymen. Låt vidare n beteckna koncentrationen av strömbärare per volymenhet.

Låt oss nu rita en infinitesimal area dS vinkelrätt mot vektorn u och konstruera längs hastigheten en infinitesimal cylinder med en höjd u*dt, där dt anger tiden det tar för alla strömhastighetsbärare som ingår i volymen i fråga att passera genom området dS.

I det här fallet kommer laddningen lika med q \u003d n * e * u * dS * dt att överföras av elektroner genom området, där e är laddningen för elektronen. Den elektriska strömtätheten är således en vektor j = n * e * u, som anger mängden laddning som överförs per tidsenhet genom en enhetsarea.

En av fördelarna med differentiell definition av Ohms lag är att man ofta klarar sig utan att beräkna motståndet.

Elektrisk laddning. Elektrisk fältstyrka

Fältstyrkan tillsammans med elektrisk laddningär en grundläggande parameter i teorin om elektricitet. Samtidigt kan en kvantitativ representation av dem erhållas från enkla experiment tillgängliga för studenter.

För enkelhetens skull kommer vi att överväga ett elektrostatiskt fält. Detta elektriskt fält, som inte förändras med tiden. Ett sådant fält kan skapas av stationära elektriska laddningar.

För våra ändamål krävs också en testavgift. I sin egenskap kommer vi att använda en laddad kropp - så liten att den inte är kapabel att orsaka några störningar (omfördelning av laddningar) i de omgivande föremålen.

Betrakta i sin tur två testladdningar som tagits, successivt placerade vid en punkt i rymden, som är under påverkan av ett elektrostatiskt fält. Det visar sig att anklagelserna kommer att utsättas för tidsinvariant inflytande från hans sida. Låt F 1 och F 2 vara de krafter som verkar på laddningarna.

Som ett resultat av generaliseringen av experimentella data fann man att krafterna F 1 och F 2 är riktade antingen i en eller i motsatta riktningar, och deras förhållande F 1 /F 2 är oberoende av den punkt i rymden där testet laddas placerades växelvis. Följaktligen är förhållandet Fi/F2 en egenskap uteslutande för själva laddningarna och beror inte på fältet på något sätt.

Öppning Detta faktum gjorde det möjligt att karakterisera elektrifieringen av kroppar och kallades senare elektrisk laddning. Således erhålls per definition q 1 / q 2 \u003d F 1 / F 2, där q 1 och q 2 är storleken på laddningarna placerade vid en punkt av fältet, och F 1 och F 2 är de krafter som verkar på anklagelserna från fältet.

Från sådana överväganden fastställdes storleken på laddningarna av olika partiklar experimentellt. Villkorligt sätta i förhållandet en av testladdningarna lika med ett, kan du beräkna värdet av en annan laddning genom att mäta förhållandet F 1 /F 2 .

Vilket elektriskt fält som helst kan karakteriseras i termer av en känd laddning. Sålunda kallas kraften som verkar på en enhetstestladdning i vila den elektriska fältstyrkan och betecknas med E. Av definitionen av laddningen får vi att styrkevektorn har följande form: E = F/q.

Koppling av vektorerna j och E. En annan form av Ohms lag

Observera också att definitionen av cylinderresistivitet kan generaliseras till ledningar gjorda av samma material. I det här fallet kommer tvärsnittsarean från resistivitetsformeln att vara lika med trådens tvärsnitt och l - dess längd.