Що таке опір ом. Електричний опір - Гіпермаркет знань

Опір провідника – здатність матеріалу перешкоджати протіканню електричного струму. Включно з випадком скін-ефекту змінних високочастотних напруг.

Фізичні визначення

Матеріали діляться класами відповідно до питомого опору. Розглянута величина – опір – вважається ключовою, дозволить виконати градацію всіх речовин, що зустрічаються у природі:

1. Провідники – матеріали з удільним опором до 10 мкОм м. Стосується більшості металів, графіту.
2. Діелектрики - питомий опір 100 МОм м - 10 ПОм м. Приставка Пета використовується в контексті п'ятнадцятого ступеня десятки.
3. Напівпровідники – група електротехнічних матеріалів із питомим опором у діапазоні від провідників до діелектриків.

Питомим опір називається, дозволяючи охарактеризувати параметри відрізу дроту завдовжки 1 метр, площею 1 квадратний метр. Найчастіше цифрами користуватися незручно. Перетин реального кабелю набагато менше. Наприклад, для ПВ-3 площа становить десятки міліметрів. Розрахунок спрощується, якщо користуватися одиницями Ом кв.мм/м (див. мал.).

Питомий опір металів

Питомий опір позначається грецькою літерою«ро», щоб одержати показника опору величину домножимо на довжину, розділивши на площу зразка. Переклад між стандартними одиницями виміру Ом м найчастіше використовуваними до розрахунку показує: взаємозв'язок встановлюється через шосту ступінь десятки. Іноді вдасться знайти серед табличних значень відомості, що стосуються питомого опору міді:

• 168 мкОм;
• 0,00175 Ом кв. мм/м.

Легко переконатись, цифри розходяться приблизно на 4%, переконайтеся, виконавши приведення одиниць. Значить, цифри наводяться сортаментом міді. За потреби точних обчислень питання уточнюється додатково, окремо. Відомості про питомий опір зразка одержують суто досвідченим шляхом. Відріз дроту з відомим перетином, довжиною приєднується до контактів мультиметра. Для отримання відповіді потрібно показання розділити на протяжність зразка, домножити площею перерізу. У тестах потрібно вибирати зразок довше, скоротивши до мінімуму похибку. Значна частина тестерів наділена недостатньою точністю отримання придатних значень.

Отже, тим, хто боїться фізиків, зневіреним освоїти китайські мультиметри працювати з удільним опором незручно. Набагато простіше взяти готовий відріз (більшої довжини), оцінити параметр повного шматка. Насправді частки Ома грають малу роль, зазначені дії виконуються з метою оцінки втрат. Безпосередньо визначені активним опором ділянки ланцюга і квадратично залежать від струму. Враховуючи сказане, зазначимо: провідники в електротехніці прийнято поділяти на дві категорії:

1. Матеріали високої провідності, високого опору. Перші застосовуються до створення кабелів, другі – опорів (резисторів). У таблицях немає чіткого розмежування, враховується практичність. Срібло з низьким опором для створення дротів зовсім не застосовують, для контактів приладів – рідко. З очевидних причин.
2. Сплави з високою пружністю застосовуються для створення гнучких струмонесучих частин: пружин, робочих частин контакторів. Опір зазвичай має бути мінімальним. Зрозуміло, для цих цілей докорінно непридатна звичайна мідь, якій притаманна велика міра пластичності.
3. Сплави із високим або низьким температурним коефіцієнтом розширення. Перші є основою створення біметалічних пластин, структурно службовців основою. Другі утворюють групу інварних сплавів. Часто потрібні, де важлива геометрична форма. У власників нитки (заміна дорогого вольфраму) та вакуумщільних спаїв на стику зі склом. Але ще частіше інварні сплави жодного відношення до електрики не мають, використовуються у складі верстатів, приладів.

Формула зв'язку питомого опору з омічним

Фізичні основи електропровідності

Опір провідника визнано величиною, зворотної електропровідності. У сучасній теорії не встановлено досконально, як відбувається процес утворення струму. Фізики часто упиралися в стіну, спостерігаючи явище, яке ніяк не могло бути пояснено з точки позицій концепцій, що раніше висувалися. Сьогодні домінуючою вважається зонна теорія. Потрібно навести короткий екскурс розвитку уявлень про будову речовини.

Спочатку передбачалося: речовина представлена ​​субстанцією, позитивно зарядженою, в ній плавають електрони. Так вважав відомий лорд Кельвін (уроджений Томсон), на честь якого названа одиниця виміру абсолютної температури. Вперше зробив припущення про планетарну структуру атомів Резерфорда. Теорія, висунута в 1911 році, була споруджена на факті відхилення альфа-випромінювання речовинами з великою дисперсією (окремі частинки змінювали кут польоту на значну величину). На основі існуючих передумов автор зробив висновок: позитивний заряд атома зосереджений усередині малої області простору, яку назвали ядром. Факт окремих випадків сильного відхилення кута польоту викликаний тим, що шлях частки пролягав у безпосередній близькості від ядра.

Так встановлено межі геометричних розмірів окремих елементіві для різних речовин. Зробили висновок, що діаметр ядра золота укладається областю 3 пм (піко - приставка до негативного дванадцятого ступеня десятки). Подальший розвитокТеорія будови речовин виконав Бор у 1913 році. На основі спостереження поведінки іонів водню зробив висновок: заряд атома становить одиницю, була визначена маса, що склала приблизно одну шістнадцяту вагу кисню. Бор висловив припущення: електрон утримується силами тяжіння, визначеними Кулоном. Отже, щось утримує падіння на ядро. Бор припустив, винна відцентрова сила, що виникає при обертанні частки по орбіті.

Важливу поправку до макета зробив Зоммерфельд. Допустив еліптичність орбіт, ввів два квантових числа, Які описують траєкторію - n і k. Бор зауважив: теорія Максвелла для моделі зазнає краху. Рухаюча частка повинна породжувати у просторі магнітне поле, тоді поступово електрон впав би на ядро. Отже, доводиться допустити: існують орбіти, у яких випромінювання енергії у простір немає. Легко помітити: припущення суперечать один одному, зайвий раз нагадуючи: опір провідника, як фізичну величину, сьогодні нездатні пояснити фізики

Чому? Зонна теорія вибрала базисом постулати Бора, що свідчать: положення орбіт дискретні, обчислюються заздалегідь, геометричні параметри пов'язані деякими співвідношеннями. Висновки вченого довелося доповнити хвильовою механікою, оскільки зроблені математичні моделібезсилі виявилися пояснити деякі явища. Сучасна теоріякаже: для кожної речовини передбачено у стані електронів три зони:

1. Валентна зона електронів, міцно пов'язаних із атомами. Потрібна велика енергія – розірвати зв'язок. Електрони валентної зони у провідності не беруть участь.
2. Зона провідності, електрони у разі виникнення у речовині напруженості поля утворюють електричний струм (упорядкований рух носіїв заряду).
3. Заборонена зона – область енергетичних станів, де електрони за нормальних умов перебувати що неспроможні.

Незрозумілий досвід Юнга

Відповідно до зонної теорії, у провідника зона провідності перекривається валентною. Утворюється електронна хмара, що легко захоплюється напруженістю. електричного поля, утворюючи струм. Тому опір провідника має настільки мале значення. Причому вчені докладають марних зусиль пояснити, що є електрон. Відомо лише: елементарна частка проявляє хвильові та корпускулярні властивості. Принцип невизначеності Гейзенберга ставить факти на місця: не можна з ймовірністю 100% одночасно визначити місцезнаходження електрона та енергію.

Що ж до емпіричної частини, вченими помічено: досвід Юнга, виконаний з електронами, дає цікавий результат. Вчений пропускав потік фотонів через дві близькі щілини щита, виходила інтерференційна картина, складена поруч смуг. Запропонували зробити тест з електронами, стався колапс:

1. Якщо електрони проходять пучком, минаючи дві щілини, утворюється інтерференційна картина. Відбувається, ніби рухаються фотони.
2. Якщо електрони вистрілювати по одному, нічого не змінюється. Отже... одна частка відбивається сама від себе, існує відразу в декількох місцях?
3. Тоді почали намагатися зафіксувати момент проходження електроном площини щита. І… інтерференційна картина зникла. Залишилися дві плями навпроти щілин.

Ефект безсилі пояснити з наукової точкизору. Виходить, електрони «здогадуються» про проведене спостереження, перестають виявляти хвильові властивості. Показує обмеженість сучасних уявлень фізики. Добре, якби цим можна було задовольнитись! Черговий чоловік науки запропонував вести спостереження за частинками, коли вони вже пройшли крізь щілину (летіли у напрямі). І що ж? Знову електрони перестали виявляти хвильові властивості.

Виходить, елементарні часткиповернулися назад у часі. На той момент, коли проходили щілину. Проникли в таємницю майбутнього, дізнавшись, чи вестиметься спостереження. Залежно від факту скоригували поведінку. Зрозуміло, відповідь не може бути потраплянням до яблучка. Загадка чекає на дозвіл до цього дня. До речі, теорія Ейнштейна, висунута на початку XX століття, тепер спростована: знайдено частки, швидкість яких перевищує світлову.

Як утворюється опір провідників

Сучасні погляди свідчать: вільні електрони переміщуються провідником зі швидкістю близько 100 км/с. Під дією що виникає всередині поля дрейф упорядковується. Швидкість переміщення носіїв уздовж ліній напруженості мала, становить одиниці сантиметрів за хвилину. У ході руху електрони стикаються з атомами кристалічних ґрат, деяка частка енергії перетворюється на тепло. І міру цього перетворення прийнято називати опором провідника. Чим вище, тим більше електричної енергіїпереходить у тепло. На цьому ґрунтується принцип дії обігрівачів.

Паралельно контексту йде чисельне вираження провідності матеріалу, що можна побачити малюнку. Для отримання опору слід одиницю розділити на вказане число. Хід подальших перетворень розглянуто вище. Видно, що опір залежить від параметрів — температурний рух електронів і довжина їхнього вільного пробігу, що прямо призводить до будови кристалічних ґратречовини. Пояснення – опір провідників відрізняється. У міді менше алюмінію.

§ 15. Електричний опір

Спрямований рух електричних зарядів у будь-якому провіднику перешкоджають молекули і атоми цього провідника. Тому як зовнішня ділянка ланцюга, так і внутрішній (всередині самого джерела енергії) перешкоджають проходженню струму. Величина, що характеризує протидію електричного ланцюга проходженню електричного струму, називається електричним опором.
Джерело електричної енергії, включений до замкненого електричного ланцюга, витрачає енергію на подолання опору зовнішнього та внутрішнього ланцюгів.
Електричний опір позначається буквою rта зображується на схемах так, як показано на рис. 14, а.

Одиницею виміру опору є ом. Омомназивається електричний опір такого лінійного провідника, в якому при незмінній різниці потенціалів в один вольт протікає струм силою в один ампер, тобто.

При вимірі великих опорів використовують одиниці в тисячу і мільйон разів більше ома. Вони називаються кіломом ( кому) та мегомом ( Мом), 1 кому = 1000 ом; 1 Мом = 1 000 000 ом.
В різних речовинахміститься різна кількість вільних електронів, а атоми, між якими ці електрони переміщуються, мають різне розташування. Тому опір провідників електричного струму залежить від матеріалу, з якого вони виготовлені, від довжини та площі поперечного перерізупровідника. Якщо порівняти два провідники з одного і того ж матеріалу, то довший провідник має більший опір при рівних площахпоперечних перерізів, а провідник з більшим поперечним перерізом має менший опір за рівних довжин.
Для відносної оцінки електричних властивостей матеріалу провідника є його питомий опір. Питомий опір- це опір металевого провідника довжиною 1 мта площею поперечного перерізу 1 мм 2; позначається буквою ρ, і вимірюється в
Якщо провідник, виготовлений із матеріалу з питомим опором ρ, має довжину lметрів та площа поперечного перерізу qквадратних міліметрів, то опір цього провідника

Формула (18) показує, що опір провідника прямо пропорційно питомому опору матеріалу, з якого він виготовлений, а також його довжині і обернено пропорційно площі поперечного перерізу.
Опір провідників залежить від температури. Опір металевих провідників із підвищенням температури збільшується. Залежність ця досить складна, але відносно вузьких межах зміни температури (приблизно до 200° С) можна вважати, що для кожного металу існує певний, так званий температурний, коефіцієнт опору (альфа), який виражає приріст опору провідника Δ rпри зміні температури на 1°, віднесений до 1 омпочаткового опору.
Таким чином, температурний коефіцієнт опору

та приріст опору

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

де r 1 - опір провідника за температури T 1 ;
r 2 - опір того ж провідника за температури T 2 .
Пояснимо вираз температурного коефіцієнта опору з прикладу. Припустимо, що мідний лінійний провід за температури T 1 = 15 ° має опір r 1 = 50 ом, а при температурі T 2 = 75 ° - r 2 - 62 ом. Отже, приріст опору за зміни температури на 75 - 15 = 60° становить 62 - 50 = 12 ом. Таким чином, приріст опору, що відповідає зміні температури на 1°, дорівнює:

Температурний коефіцієнт опору для міді дорівнює приросту опору, віднесеному до 1 омпочаткового опору, тобто розділеному на 50:

На основі формули (20) можна встановити співвідношення між опорами r 2 та r 1:

(21)

Слід мати на увазі, що ця формула є лише наближеним виразом залежності опору від температури і для вимірювань опорів при температурах, що перевищують 100° С, її використовувати не можна.
Регульовані опори називаються реостатами(Рис. 14, б). Реостати виготовляють із дроту з великим питомим опором, наприклад, з ніхрому. Опір реостатів може змінюватися рівномірно або ступенями. Застосовують також рідинні реостати, що є металевою посудиною, наповненою будь-яким розчином, що проводить електричний струм, наприклад розчином соди у воді.
Здатність провідника пропускати електричний струм характеризується провідністю, яка є величиною, зворотною опору, і позначається буквою g. Одиницею вимірювання провідності СІ є (Сіменс).

Таким чином, співвідношення між опором та провідністю провідника таке.

Під електричним опором розуміється будь-яке протидію, яке виявляє струм під час проходження через замкнутий контур, ослаблення чи гальмування вільного потоку електричних зарядів.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Вимірювання опору мультиметром" width="600" height="490">!}

Вимірювання опору мультиметром

Фізичне поняття опору

Електрони при проходженні струму циркулюють у провіднику організованим чином відповідно до опору, з яким вони стикаються на своєму шляху. Чим менша ця опірність, тим більший існуючий порядок у мікросвіті електронів. Але коли опір висока, вони починають стикатися один з одним і виділяти теплову енергію. У зв'язку з цим, температура провідника завжди трохи підвищується, на більшу величину, ніж вище електрони, знаходять протидії своєму руху.

Матеріали, що використовуються

Всі відомі метали мають більшу або меншу стійкість до проходження струму, включаючи кращі провідники. Найменшу опірність мають золото і срібло, але вони дорогі, тому найчастіше використовуваний матеріал - мідь, що має високу електропровідність. У менших масштабах використовується алюміній.

Найбільша стійкість до проходження струму у нихромного дроту (сплав нікелю (80%) та хрому (20%)). Вона широко застосовується у резисторах.

Іншим широко використовується резисторним матеріалом є вугілля. З нього фіксовані опори та реостати виготовляються для використання в електронних схемах. Фіксовані резистори та потенціометри застосовуються для регулювання значень струму та напруги, наприклад, при контролі гучності та тону аудіопідсилювачів.

Розрахунок опорів

Для обчислення величини навантажувального опору формулу, виведену із закону Ома, використовують як основну, якщо відомі значення струму та напруги:

Одиницею виміру є Ом.

Для послідовного з'єднаннярезисторів загальний опір знаходиться шляхом підсумовування окремих значень:

R = R1 + R2 + R3 + ….

При паралельному з'єднаннівикористовується вираз:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

А як знайти електричний опір для дроту, враховуючи його параметри та матеріал виготовлення? І тому існує інша формула опору:

R = ρ х l/S, де:

• l – довжина дроту,
• S – розміри його поперечного перерізу,
• ρ – питомий об'ємний опір матеріалу дроту.

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">

Формула опору

Геометричні розміри дроту можна виміряти. Але щоб розрахувати опір за цією формулою, треба знати коефіцієнт ρ.

Важливо!Значення уд. об'ємного опору вже розраховані для різних матеріалівта зведені у спеціальні таблиці.

Значення коефіцієнта дозволяє порівнювати опір різних типівпровідників при заданій температурі відповідно до їх фізичними властивостямибез урахування розмірів. Це можна проілюструвати на прикладах.

Приклад розрахунку електроопору мідного дротудовжиною 500 м:

1. Якщо розміри перерізу дроту невідомі, можна виміряти його діаметр штангенциркулем. Допустимо, це 1,6 мм;
2. При розрахунках площі перерізу використовується формула:

Тоді S = 3,14 х (1,6/2)? = 2 мм?;

1. По таблиці знайшли значення для міді, що дорівнює 0,0172 Ом х м/мм²;
2. Тепер електроопір провідника, що розраховується, буде:

R = ρ х l/S = 0,0172 х 500/2 = 4,3 Ом.

Інший приклад– ніхромовий дріт перетином 0,1 мм², довжиною 1 м:

1. Показник ρ для ніхрому – 1,1 Ом х м/мм²;
2. R = ρ х l/S = 1,1 х 1/0,1 = 11 Ом.

На двох прикладах наочно видно, що ніхромовий дріт метрової довжини та перетином, у 20 разів меншим, має електричний опір у 2,5 рази більше, ніж 500 метрів мідного дроту.

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

Питомий опір деяких металів

Важливо!На опір впливає температура, зі зростанням якої вона збільшується і, навпаки, зменшується зі зниженням.

Імпеданс

Імпеданс – найбільш загальний термін опору, що враховує реактивне навантаження. Розрахунок опору в контурі змінного струмуполягає у обчисленні імпедансу.

У той час як резистор створює активний опір для вирішення певних завдань, реактивна складова є невдалим побічним продуктом деяких компонентів електроланцюга.

Два типи реактивного опору:

1. Індуктивний. Створюється котушками. Формула розрахунку:

X(L) = 2π x f x L, де:

• f – частота струму (Гц),
• L - індуктивність (Гн);

1. Ємнісне. Створюється конденсаторами. Розраховується за такою формулою:

X (C) = 1/(2π x f x C),

де З – ємність (Ф).

Як і активний аналог, реактивний опір виражається в омах і обмежує потік струму через контур. Якщо в ланцюзі є і ємність, і котушка індуктивності, то загальний опір дорівнює:

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

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-3.jpg 622w" sizes="(max-width: 600px)

Активний, індуктивний та ємнісний опір

Важливо!З формул реактивного навантаження випливають цікаві особливості. Зі збільшенням частоти змінного струму та індуктивності зростає X(L). І, навпаки, що стоїть частоти і ємність, тим менше X (З).

Знаходження імпедансу (Z) не є простим складанням активної та реактивної складових:

Z = √ (R + X²).

Приклад 1

Котушка в контурі зі струмом промислової частоти має активний опір 25 Ом та індуктивність 0,7 Гн. Обчислити імпеданс можна:

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

tg φ = X(L)/R = 218,45/25 = 8,7.

Кут φ приблизно дорівнює 83 градуси.

Приклад 2

Є конденсатор ємністю 100 мкФ та внутрішнім опором 12 Ом. Обчислити імпеданс можна:

1. X(C) = 1/(2π x f x C) = 1/2 х 3,14 х 50 х 0, 0001 = 31,8 Ом;
2. Z = √ (R² + X (С)²) = √ (12² + 31,8 ²) = 34 Ом.

В інтернеті можна знайти калькулятор онлайн для спрощення обчислення опорів та імпедансу всієї електроланцюги або її ділянок. Там потрібно просто вести свої розрахункові дані та зафіксувати результати розрахунку.

Відео

Поняття про електричний опір та провідність

Будь-яке тіло, яким протікає електричний струм, надає йому певний опір. Властивість матеріалу провідника перешкоджати проходженню через нього електричного струму називається електричним опором.

Електронна теорія пояснює сутність електричного опору металевих провідників. Вільні електрони при русі по провіднику незліченну кількість разів зустрічають на своєму шляху атоми та інші електрони і, взаємодіючи з ними, неминуче втрачають частину своєї енергії. Електрони відчувають хіба що опір своєму руху. Різні металеві провідники, що мають різне атомна будова, Надають різний опір електричному струму.

Так само пояснюється опір рідких провідників і газів проходженню електричного струму. Однак не слід забувати, що в цих речовинах не електрони, а заряджені частинки молекул зустрічають опір за свого руху.

Опір позначається латинськими літерами R або r.

За одиницю електричного опору прийнято.

Ом є опір стовпа ртуті заввишки 106,3 см із поперечним перерізом 1 мм2 при температурі 0°С.

Якщо, наприклад, електричний опір провідника становить 4 ом, записується це так: R = 4 ом або r = 4ом.

Для вимірювання опорів великої величини прийнята одиниця, яка називається мегомом.

Один мигом дорівнює одному мільйону ом.

Чим більший опір провідника, тим гірше він проводить електричний струм, і, навпаки, що менше опір провідника, то легше пройти електричний струм через цей провідник.

Отже, для характеристики провідника (з погляду проходження через нього електричного струму) можна розглядати не тільки його опір, але й величину, зворотну опору та звану провідністю.

Електричною провідністюназивається здатність матеріалу пропускати через себе електричний струм.

Так як провідність є величина, зворотна опору, то і виражається вона як 1/R, позначається провідність латинською літерою g.

Вплив матеріалу провідника, його розмірів та навколишньої температурина величину електричного опору

Опір різних провідників залежить від матеріалу, з якого вони виготовлені. Для характеристики електричного опору різних матеріалівзапроваджено поняття так званого питомого опору.

Питомим опоромназивається опір провідника довжиною 1 м та площею поперечного перерізу 1 мм2. Питомий опір позначається літерою грецького алфавіту. Кожен матеріал, з якого виготовляється провідник, має свій питомий опір.

Наприклад, питомий опір міді дорівнює 0,017, тобто мідний провідник довжиною 1 м і перетином 1 мм2 має опір 0,017 ом. Питомий опір алюмінію дорівнює 0,03, питомий опір заліза - 0,12, питомий опір константану - 0,48, питомий опір ніхрому - 1-1,1.

Опір провідника прямо пропорційно його довжині, тобто чим довше провідник, тим більший його електричний опір.

Опір провідника обернено пропорційно площі його поперечного перерізу, тобто чим товстіший провідник, тим його опір менше, і, навпаки, чим тонший провідник, тим його опір більший.

Щоб краще зрозуміти цю залежність, уявіть собі дві пари судин, причому в однієї пари судин сполучна трубка тонка, а в іншої - товста. Ясно, що при заповненні водою однієї з судин (кожної пари) перехід її в іншу судину по товстій трубці відбудеться набагато швидше, ніж по тонкій, тобто товста трубка чинитиме менше опір течії води. Так само і електричного струму легше пройти по товстому провіднику, ніж по тонкому, тобто перший робить йому менший опір, ніж другий.

Електричний опір провідника дорівнює питомому опору матеріалу, з якого цей провідник зроблено, помноженому на довжину провідника і поділеному на площу площа поперечного перерізу провідника:

R = р l / S,

Де - R - опір провідника, ом, l - довжина провідника в м, S - площа поперечного перерізу провідника, мм 2 .

Площа поперечного перерізу круглого провідникаобчислюється за такою формулою:

S = π d 2/4

Де π - Постійна величина, що дорівнює 3,14; d – діаметр провідника.

А так визначається довжина провідника:

l = S R / p,

Ця формула дає можливість визначити довжину провідника, його перетин та питомий опір, якщо відомі інші величини, що входять до формули.

Якщо необхідно визначити площу поперечного перерізу провідника, то формулу приводять до наступного виду:

S = р l / R

Перетворюючи ту ж формулу і розв'язавши рівність щодо р, знайдемо питомий опір провідника:

р = R S / l

Останньою формулою доводиться користуватися в тих випадках, коли відомі опір та розміри провідника, а його матеріал невідомий і до того ж важко визначимо за зовнішньому вигляду. Для цього треба визначити питомий опір провідника і, користуючись таблицею, знайти матеріал, що має такий питомий опір.

Ще однією причиною, що впливає на опір провідників, є температура.

Встановлено, що з підвищенням температури опір металевих провідників зростає, і з зниженням зменшується. Це збільшення або зменшення опору для провідників із чистих металів майже однаково і в середньому дорівнює 0,4% на 1°C. Опір рідких провідників та вугілля зі збільшенням температури зменшується.

Електронна теорія будови речовини дає таке пояснення збільшення опору металевих провідників з підвищенням температури. При нагріванні провідник отримує теплову енергію, яка неминуче передається всім атомам речовини, у результаті зростає інтенсивність їх руху. Зростаючий рух атомів створює більший опір спрямованому руху вільних електронів, через що зростає опір провідника. Зі зниженням температури створюються найкращі умовидля спрямованого руху електронів і опір провідника зменшується. Цим пояснюється цікаве явище. надпровідність металів.

Надпровідність, тобто зменшення опору металів до нуля, настає при величезній негативній температурі- 273 ° C, званої абсолютним нулем. При температурі абсолютного нуля атоми металу хіба що застигають дома, не перешкоджаючи руху електронів.

Закон Ома є основним законом електричних кіл. При цьому він дозволяє пояснювати багато явищ природи. Наприклад, можна зрозуміти, чому електрика не "б'є" птахів, що сидять на дротах. Для фізики закон Ома є дуже значущим. Без його знання неможливо було б створювати стабільно працюючі електричні ланцюги або зовсім не було б електроніки.

Залежність I = I(U) та її значення

Історія відкриття опору матеріалів безпосередньо пов'язана з вольт-амперною характеристикою. Що це таке? Візьмемо ланцюг із постійним електричним струмом та розглянемо будь-який його елемент: лампу, газову трубку, металевий провідник, колбу електроліту тощо.

Змінюючи напругу U (часто позначається як V), подане на аналізований елемент, відстежуватимемо зміну сили струму (I), що проходить через нього. Як результат, ми отримаємо залежність виду I = I (U), яка зветься "вольт-амперна характеристика елемента" і є прямим показником його електричних властивостей.

Вольт-амперна характеристика може виглядати по-різному різних елементів. Найпростіший її вид виходить при розгляді металевого провідника, що зробив Георг Ом (1789 - 1854).

Вольт-амперна характеристика – це лінійна залежність. Тому її графіком є ​​пряма лінія.

Закон у простій формі

Дослідження Ома з вивчення вольт-амперних характеристик провідників показали, що сила струму всередині металевого провідника пропорційна різниці потенціалів на його кінцях (I~U) і обернено пропорційна якомусь коефіцієнту, тобто I~1/R. Цей коефіцієнт став називатися "опір провідника", а одиниця виміру електричного опору - Ом або В/А.

Варто відзначити ще ось що. Закон Ома часто використовується для розрахунку опору в ланцюгах.

Формулювання закону

Закон Ома каже, що сила струму (I) окремо взятої ділянки ланцюга пропорційна напрузі на цій ділянці і обернено пропорційна його опору.

Слід зазначити, що у такому вигляді закон залишається вірним лише однорідної ділянки ланцюга. Однорідною називається та частина електричної ланцюга, яка містить джерела струму. Як користуватися законом Ома у неоднорідному ланцюзі, буде розглянуто нижче.

Пізніше дослідним шляхом було встановлено, що закон залишається справедливим і для розчинів електролітів в електричному ланцюзі.

Фізичний сенс опору

Опір - це властивість матеріалів, речовин або середовищ перешкоджати проходженню електричного струму. Кількісно опір в 1 Ом означає, що у провіднику при напрузі 1 на його кінцях здатний проходити електричний струм силою 1 А.

Питомий електричний опір

Експериментальним методом було встановлено, що опір електричного струму провідника залежить його розмірів: довжина, ширина, висота. А також від його форми (сфера, циліндр) та матеріалу, з якого він виготовлений. Таким чином, формула питомого опору, наприклад однорідного циліндричного провідника буде: R = р*l/S.

Якщо в цій формулі покласти s = 1 м 2 і l = 1 м, то R чисельно дорівнює р. Звідси обчислюється одиниця виміру для коефіцієнта питомого опору провідника СІ - це Ом*м.

У формулі питомого опору р - це коефіцієнт опору, що визначається хімічними властивостямиматеріалу, з якого виготовлено провідник.

Для розгляду диференціальної форми закону Ома необхідно розглянути ще кілька понять.

Як відомо, електричний струм – це строго впорядкований рух будь-яких заряджених частинок. Наприклад, у металах носіями струму виступають електрони, а у провідних газах – іони.

Візьмемо тривіальний випадок, коли всі носії струму однорідні – металевий провідник. Уявно виділимо в цьому провіднику нескінченно малий об'єм і позначимо через u середню (дрейфову, упорядковану) швидкість електронів у взятому обсязі. Далі нехай n означає концентрацію носіїв струму в одиниці об'єму.

Тепер проведемо нескінченно малу площу dS перпендикулярно вектору u і побудуємо вздовж швидкості нескінченно малий циліндр з висотою u*dt, де dt - позначає час, протягом якого всі носії швидкості струму, що містилися в обсязі, пройдуть крізь майданчик dS.

При цьому електронами крізь майданчик буде перенесено заряд, рівний q = n * e * u * dS * dt, де e - заряд електрона. Таким чином, щільність електричного струму - це вектор j = n * e * u, що означає кількість заряду, що переноситься в одиницю часу через одиницю площі.

Один із плюсів диференціального визначення закону Ома полягає в тому, що часто можна обійтися без розрахунку опору.

Електричний заряд. Напруженість електричного поля

Напруженість поля поряд з електричним зарядомє фундаментальним параметром теорії електрики. При цьому кількісне уявлення про них можна отримати з простих дослідів, доступні школярам.

Для простоти міркувань розглядатимемо електростатичне поле. Це електричне поле, Що не змінюється з часом. Таке поле може бути утворене нерухомими електричними зарядами.

Також для наших цілей потрібний пробний заряд. У його якості використовуватимемо заряджене тіло - настільки мале, що воно не здатне викликати будь-які обурення (перерозподіл зарядів) в навколишніх об'єктах.

Розглянемо по черзі два взяті пробні заряди, послідовно поміщені в одну точку простору, що знаходиться під впливом електростатичного поля. Виходить, що заряди піддаватимуться незмінному в часі впливу з його боку. Нехай F 1 і F 2 – це сили, що впливають на заряди.

В результаті узагальнення дослідних даних було встановлено, що сили F 1 і F 2 спрямовані або в одну, або в протилежні сторони, а їхнє відношення F 1 /F 2 є незалежним від точки простору, куди були поміщені пробні заряди. Отже, відношення F1/F2 є характеристикою виключно самих зарядів, і ніяк не залежить від поля.

Відкриття даного фактудозволило охарактеризувати електризацію тіл і надалі було названо електричним зарядом. Таким чином, за визначенням виходить q 1 /q 2 = F 1 /F 2 де q 1 і q 2 - величина зарядів, що поміщаються в одну точку поля, а F 1 і F 2 - сили, що діють на заряди з боку поля.

З подібних міркувань експериментально встановлено величини зарядів різних частинок. Умовно поклавши у співвідношення один із пробних зарядів рівним одиниціможна обчислити величину іншого заряду, вимірявши співвідношення F 1 /F 2 .

Через відомий заряд можна охарактеризувати будь-яке електричне поле. Таким чином, сила, що діє на одиничний пробний заряд, що знаходиться в стані спокою, називається напруженістю електричного поля і позначається E. З визначення заряду отримуємо, що вектор напруженості має такий вигляд: E = F/q.

Зв'язок векторів j та E. Інша форма закону Ома

Також зазначимо, що визначення питомого опору циліндра можна узагальнити для дротів, що складаються з одного матеріалу. У такому разі площа поперечного перерізу з формули питомого опору дорівнюватиме перерізу дроту, а l - його довжині.