Что называют электрическим сопротивлением

Содержание

Электрическое сопротивление характеризует свойство проводника оказывать противодействие направленному движению заряженных частиц.

Влияние электрического сопротивления на электрический ток можно представить следующим образом:

Движение свободных носителей электрического заряда внутри проводника приводит к тому, что свободные носители заряда сталкиваются с атомами и нарушают их поток.
Этот эффект называется сопротивлением, которое обладает свойством ограничивать электрический ток в электрической цепи.
Столкновение носителей электрического заряда с атомами также имеет тепловой эффект. Соответствующий элемент электрической цепи становится теплым или даже горячим. Если он перегреется, он может выйти из строя.

Электрическое сопротивление говорит о том, какое напряжение U необходимо, чтобы заставить электрический ток определенной силы тока I протекать через проводник. В физике для обозначения электрического сопротивления в формуле используется прописная буква R (от английского слова «Resistor» или «Resistance»).

Аналогия с потоком воды

Когда речь идет об электрическом сопротивлении в физике, необходимо различать два случая:

Электрические сопротивления как элементы электрической цепи (см. пример на рисунке 2). То есть, если вы называете элемент в электротехнике резистором, то вы имеете в виду конкретный элемент, предназначенный для целей ограничения протекания электрического тока в электрической цепи.
Электрическое сопротивление как физическая величина. Вы также можете спросить, насколько сильно тот или иной элемент препятствует протеканию электрического тока или вообще как можно рассчитать электрическое сопротивление. Здесь вы говорите об электрическом сопротивлении как о физической величине.

Примечание. Резистор — это прибор с постоянным сопротивлением. Если необходимо регулировать силу тока в электрической цепи, то используют для этой цели реостаты — приборы с переменным сопротивлением. В составе реостата имеется подвижный контакт, при помощи которого изменяется длина участка, включённого в цепь. Реостат используется, например, в регуляторах громкости радиоприёмников.

Вы можете проиллюстрировать работу резистора как элемента (т.е. случай 1) с помощью модели протекания воды в трубе.

Если представить поток электрического тока как поток воды через трубу, то резистор, имеющий электрическое сопротивление R, выполняет функцию сужения трубы. Сужение в трубе препятствует потоку воды, подобно тому, как резистор препятствует потоку электрического тока. Если вы сильнее сузите трубу, то сопротивление потоку воды увеличится. Тем самым труба будет больше препятствовать потоку воды.

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление

Электри́ческое сопротивле́ние, 1) скалярная физическая величина, характеризующая противодействие участка электрической цепи электрическому току . Электрическое сопротивление участка цепи при отсутствии на этом участке электродвижущей силы равно R = U / I R = U/I R = U / I , где U U U – электрическое напряжение , I I I – сила тока на этом участке ( Закон Ома ). Сопротивление однородного по составу цилиндрического проводника длиной l и постоянной площадью поперечного сечения S S S равно R = ρ l / S R = ρl/S R = ρl / S , где ρ ρ ρ – удельное электрическое сопротивление, характеризующее материал проводника. Активное электрическое сопротивление связано с необратимым преобразованием электрической энергии в другие виды энергии, в частности в теплоту. Так, при протекании электрического тока в металлах электрическое сопротивление связано с рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях кристаллической решётки , а также на её примесях и дефектах . Цепи переменного тока , содержащие ёмкости и индуктивности, характеризуются реактивным электрическим сопротивлением , которое связано с передачей электрической энергии электрическому и магнитному полю (и обратно). При переходе веществ в сверхпроводящее состояние их электрическое сопротивление обращается в нуль. Единица измерения сопротивления в СИ – Ом .

2) Радиотехнический элемент цепи, называемый также резистором .

Опубликовано 18 июля 2022 г. в 10:50 (GMT+3). Последнее обновление 18 июля 2022 г. в 10:50 (GMT+3). Связаться с редакцией

Определение электрического сопротивления

Электрическое сопротивление – это свойство материала препятствовать прохождению электрического тока. Оно определяет, насколько легко или трудно электрический ток может протекать через материал.

Сопротивление обозначается символом R и измеряется в омах (Ω). Чем выше значение сопротивления, тем больше энергии требуется для протекания тока через материал.

Сопротивление зависит от ряда факторов, включая длину и площадь поперечного сечения материала, его температуру и химический состав. Различные материалы имеют разные уровни сопротивления.

Сопротивление можно рассчитать с помощью формулы:

R = ρ * (L / A)

где R – сопротивление, ρ – удельное сопротивление материала, L – длина материала, A – площадь поперечного сечения материала.

Удельное сопротивление (ρ) – это свойство материала, которое определяет его способность сопротивляться протеканию электрического тока. Оно зависит от химического состава и структуры материала.

Таким образом, электрическое сопротивление является важным показателем для понимания и управления электрическими цепями и материалами, используемыми в технике и электронике.

Формула для расчета электрического сопротивления

Электрическое сопротивление (R) – это мера сопротивления материала протеканию электрического тока. Оно определяется с помощью формулы:

R = ρ * (L / A)

R – электрическое сопротивление материала;
ρ – удельное сопротивление материала;
L – длина материала;
A – площадь поперечного сечения материала.

Формула показывает, что электрическое сопротивление прямо пропорционально удельному сопротивлению материала и длине материала, а обратно пропорционально площади поперечного сечения материала.

Таким образом, для материалов с большим удельным сопротивлением или большой длиной, электрическое сопротивление будет высоким. А для материалов с большой площадью поперечного сечения, электрическое сопротивление будет низким.

Основы электротехники Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление – это свойство проводника препятствовать свободному перемещению электронов, при протекании электрического тока.

Разные проводники обладают разным электрическим сопротивлением.

Сопротивление обозначают буквой R:

За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А. Единица сопротивления названа омом (Ом).

Причиной сопротивления является то, что электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки, при этом усиливается беспорядочное движение электронов, что мешает их упорядоченному движению.

Чем длиннее проводник, тем с большим числом ионов взаимодействует на своём пути электрон, тем соответственно больше его сопротивление R.

Понятно, что сопротивление должно зависеть от рода вещества проводника, так как сила взаимодействия между частицами у разных веществ различна.

Опытным путём было установлено, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала, из которого сделан проводник.

Зависимость сопротивления проводника от материала характеризуется величиной, называемой удельным сопротивлением вещества.

Удельным сопротивлением вещества называется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 . Удельное сопротивление обозначается буквой ρ.

Если l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения, тогда сопротивление проводника выражается формулой:

Единица измерения удельного сопротивления вещества – 1 Ом•м. Часто используют такую единицу, как , так как площадь поперечного сечения проводника удобно выражать в квадратных миллиметрах.

Электрический ток

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Для того чтобы существовал электрический ток, необходимо наличие:

свободных носителей электрических зарядов;
электрического поля.

Носителями электрического заряда обычно являются свободные электроны и ионы. За на правление тока условно принято направление движения, противоположное движению носителей отрицательных зарядов. На практике в электрических цепях ток всегда направлен от «+» к «-» источника. Силой тока называется величина, равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с:. Единица силы тока называется ампер (А). По определению понятия силы тока, при которой через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит заряд в 1 кулон. Если сила тока в проводнике постоянна по величине и направлению, то ток называется постоянным. Если же величина силы тока и его направление изменяются, то такой ток называют переменным. Различные действия электрического тока, такие, как нагревание проводника, магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Но для того, чтобы получить возможность управлять током в цепи, нужно знать, от чего и как он зависит. Такая зависимость была установлена экспериментально Георгом Омом в 1827 году. Закон Ома формулируется следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

математическая запись закона Ома для участка цепи.

Удельное сопротивление.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и поперечного сечения S и может быть определено по формуле:

где ρ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Из формулы следует, что

Величина, обратная ρ, называется удельной проводимостью σ:

Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом. единицей площади 1 м 2 , а единицей длины 1 м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет 1 Ом·м 2 /м, или 1 Ом·м. Единица удельной проводимости в СИ — Ом -1 м -1 .

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм 2 ). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм 2 /м. Так как 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то 1 Ом·мм 2 /м = 10 -6 Ом·м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка (1·10 -2 ) Ом·мм 2 /м, диэлектрики — в 10 15 -10 20 большим.

Зависимость сопротивлений от температуры.

С повышением температуры сопротивление металлов возрастает. Однако существуют сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры (например, константан, манганин и др.). Сопротивление же электролитов с повышением температуры уменьшается.

Температурным коэффициентом сопротивления проводника называется отношение величины изменения сопротивления проводника при нагревании на 1 °С к величине его сопротивления при 0 ºС:

Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры выражается формулой:

В общем случае α зависит от температуры, но если интервал температур невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным. Для чистых металлов α = (1/273)К -1 . Для растворов электролитов α < 0. Например, для 10% раствора поваренной соли α = -0,02 К -1 . Для константана (сплава меди с никелем) α = 10 -5 К -1 .

Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в термометрах сопротивления.

Зависимость электрического сопротивления от материала

Электрическое сопротивление материала зависит от его физических свойств и структуры. Оно определяет, насколько легко или трудно электрический ток может протекать через материал.

Основными факторами, влияющими на электрическое сопротивление материала, являются:

Плотность свободных электронов

Материалы, у которых большое количество свободных электронов, обладают низким электрическим сопротивлением. Это связано с тем, что свободные электроны могут легко передвигаться внутри материала и образовывать электрический ток. Примерами таких материалов являются металлы, такие как медь и алюминий.

С другой стороны, материалы с малым количеством свободных электронов имеют высокое электрическое сопротивление. В таких материалах электроны не могут свободно двигаться, что затрудняет протекание электрического тока. Примерами таких материалов являются диэлектрики, например, стекло и пластик.

Размер и форма материала

Размер и форма материала также влияют на его электрическое сопротивление. Чем больше площадь поперечного сечения материала, тем меньше его сопротивление. Это связано с тем, что большая площадь позволяет электронам легче протекать через материал.

Кроме того, форма материала также может влиять на его сопротивление. Например, узкий провод будет иметь большее сопротивление, чем широкий провод с той же площадью поперечного сечения. Это связано с тем, что узкий провод имеет меньшую площадь поперечного сечения, что затрудняет протекание электрического тока.

Температура

Температура также оказывает влияние на электрическое сопротивление материала. В некоторых материалах электрическое сопротивление увеличивается с повышением температуры, в то время как в других материалах оно уменьшается.

Например, у металлов электрическое сопротивление обычно увеличивается с повышением температуры. Это связано с тем, что при нагреве свободные электроны сталкиваются с атомами материала чаще, что затрудняет их движение и увеличивает сопротивление.

С другой стороны, у некоторых полупроводников электрическое сопротивление уменьшается с повышением температуры. Это связано с изменением концентрации свободных электронов и дырок в полупроводнике при изменении температуры.

Важно учитывать эти зависимости при выборе материалов для различных электрических приложений, чтобы обеспечить оптимальную производительность и эффективность системы.

Температурная зависимость электрического сопротивления

Температурная зависимость электрического сопротивления – это изменение сопротивления материала при изменении его температуры. В общем случае, сопротивление материала увеличивается с повышением температуры.

Это связано с тем, что при нагреве свободные электроны сталкиваются с атомами материала чаще, что затрудняет их движение и увеличивает сопротивление. Таким образом, при повышении температуры, электроны испытывают большее сопротивление при прохождении через материал, что приводит к увеличению общего сопротивления материала.

Однако, у некоторых материалов, таких как некоторые полупроводники, электрическое сопротивление уменьшается с повышением температуры. Это связано с изменением концентрации свободных электронов и дырок в полупроводнике при изменении температуры. При повышении температуры, концентрация свободных электронов и дырок увеличивается, что уменьшает сопротивление материала.

Температурная зависимость электрического сопротивления является важным фактором при выборе материалов для различных электрических приложений. Например, при проектировании электрических проводов и компонентов, необходимо учитывать изменение сопротивления материала в зависимости от температуры, чтобы обеспечить стабильную работу системы.

Установки нагрева сопротивлением

Основными элементами электропечей являются электрические нагревательные элементы и теплоизоляционное устройство, предотвращающее потери тепла в окружающее пространство. В качестве материала для электрических нагревательных элементов используются жароупорные неметаллические материалы с высоким удельным сопротивлением (уголь, графит, карборунд) и металлические материалы (нихром, константан, фехраль и т. п.).

Применение материалов с высоким удельным сопротивлением ρ позволяет конструировать нагревательные элементы с большой площадью поперечного сечения и поверхности, а выбор материалов, обладающих небольшим коэффициентом расширения α, обеспечивает неизменяемость геометрических размеров элемента при нагреве.

Нагревательные элементы из материалов типа графита изготавливаются в виде стержней с трубчатым или сплошным сечением. Металлические нагревательные элементы изготовляются в виде проволоки или ленты.

Использование плавких предохранителей

Для защиты проводов электрической цепи от токов, превышающих допустимые значения, применяются автоматические выключатели и плавкие предохранители различных типов. В принципе плавкий предохранитель представляет собой участок электрической цепи с малой термической устойчивостью.

Плавкую вставку предохранителя обычно выполняют в виде короткого проводника малого сечения из материала с хорошей проводимостью (медь, серебро) или проводника с относительно высоким удельным сопротивлением (свинец, олово). При увеличении тока сверх значения, на которое рассчитана плавкая вставка, последняя перегорает и отключает защищаемый ею участок цепи или токоприемник.