Как обозначается сопротивление в физике

Содержание

Различные вещества имеют разную проводимость. Мы уже говорили о существовании проводников, полупроводников и диэлектриках. Среди проводников электричества мы выделили металлы — они имеют лучшую проводимость, так как содержат в себе большое количество свободных электронов. Эти заряженные частицы под действием сил электрического поля приходят в движение. Так возникает такое явление, как электрический ток.

Но даже среди металлов можно выделить те, которые лучше проводят ток. Значит, есть и те металлы, которые проводят ток хуже. Как же сравнивать эту способность веществ? Так мы подходим к введению новой характеристики проводников.

Называется эта характеристика «электрическое сопротивление«. На данном уроке мы рассмотрим ее связь с проводимостью различный веществ, узнаем причины ее возникновения и разберемся, от каких других величин и свойств она зависит.

Зависимость показаний амперметра и вольтметра от используемого проводника в цепи

Для начала проведем интересный опыт. Соберем электрическую цепь из источника тока, ключа, амперметра и вольтметра. Также мы будем включать в эту цепь проводники из различных материалов. Они закреплены на специальной панели. К этим же проводникам мы будем параллельно подключать вольтметр (рисунок 1).

Проводники у нас обозначены следующим образом: AB — железная проволока, CD — никелиновая проволока, EF — медная проволока.

Эти проводники имеют одинаковую длину и сечение.

Сначала подключим в цепь железную проволоку AB. Зафиксируем показания амперметра и вольтметра после замыкания ключа.

Теперь переключимся на никелиновую проволоку CD. Мы заметим, что сила тока в цепи уменьшилась.

Испробуем третий проводник: медную проволоку EF. Теперь сила тока значительно увеличилась.

Вы не забыли, что в нашем опыте был еще и вольтметр? Мы поочередно подключали его к каждому из проводников.

Каждый раз мы получали одинаковое значение напряжения. Оно не изменялось.

Электрическое сопротивление

Сила тока (I) прямо пропорциональна напряжению (U). Это означает следующее: во сколько раз изменяется напряжение, во столько раз изменяется и сила тока.
Сила тока (I) обратно пропорциональна электрическому сопротивлению (R). Поэтому чем больше сопротивление, тем меньше сила тока, протекающего в проводнике.

Удельное сопротивление

Причиной электрического сопротивления является тепловое движение образующих материал атомов или молекул. Частицы колеблются около своих мест и мешают перемещению электронов. Это можно сравнить с длинным коридором, в котором одновременно перемещается много людей. И насколько быстро можно двигаться вперед, зависит от различных причин.

Физика 8 класс (Урок№17 — Электрическое сопротивление. Закон Ома.)


Электрическое сопротивление характерно для всех веществ и зависит от:

Материала проводника тока ρ Длины проводника (l) Площади поперечного сечения проводника (S)
Для каждого материала характерно его удельное сопротивление, которое обозначают буквой ρ и которое можно найти в таблице удельных сопротивлений.Чем длиннее проводник электричества, тем больше его электрическое сопротивление.Чем меньше площадь поперечного сечения проводника электричества, тем больше электрическое сопротивление.
Пример с коридором:
движение вперёд зависит от того, сколько людей в нём находится, как каждый из них двигается, насколько они полные или худые.
Пример с коридором:
чем длиннее коридор, тем дольше и труднее путь.
Пример с коридором:
чем уже коридор, тем труднее пробираться сквозь толпу людей.

Обрати внимание!

Удельное сопротивление металлов небольшое, а изоляторов — очень большое. В цепях, в которых электрический ток должен производить большую теплоту (например, в обогревателях), используют проводники с большим удельным сопротивлением, например, нихром. Току труднее течь, увеличивается тепловое движение частиц, в результате проводник нагревается. У алюминия низкое удельное сопротивление, поэтому его можно использовать для передачи электроэнергии.

Электрическое сопротивление человеческого тела может изменяться от 20000 Ом до 1800 Ом.

Чтобы электрическая цепь обеспечивала необходимую силу тока, в неё включают резисторы.
Резистор — прибор с постоянным сопротивлением.

Резисторы имеются во всех телевизорах, компьютерах, радиоприёмниках и т.д.

Чтобы изменить силу тока в электрической цепи, используют реостаты.

Реостат — прибор с переменным сопротивлением.

В составе реостата имеется подвижный контакт, при помощи которого изменяется длина участка, включённого в цепь.

Формулы для определения электрического сопротивления

Согласно закона Ома для участка электрической цепи следует, что если вы измеряете напряжение U на проводнике и через него течет ток силой I, то проводник имеет электрическое сопротивление R, равное U, деленное на I, т.е. R = U / I. Единицей измерения электрического сопротивления в СИ является Ом, которая названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома. То есть, 1 Ом — это сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток силой 1 А. Поэтому, иногда, электрическое сопротивление ещё могут называть «омическим сопротивлением».

Определение электрического сопротивления

Для очень малых или очень больших сопротивлений используются такие дополнения, как милли-, кило- или мегаом. Применяются следующие отношения:

  • 1 Миллиом = 1 мОм = 1*10 -3 Ом;
  • 1 Килоом = 1 кОм = 1*10 3 Ом;
  • 1 Мегаом = 1 МОм = 1*10 6 Ом.

Интересный факт! Электрическое сопротивление человеческого тела может изменяться от 20000 Ом до 1800 Ом.

Также вы можете рассчитать электрическое сопротивление проводников с помощью их геометрических характеристик. Формула для этого следующая (см. также рисунок 3):

Электрическое сопротивление проводника

  • R — электрическое сопротивление проводника;
  • l — длина проводника;
  • S — площадь поперечного сечения проводника;
  • ρ — удельное сопротивление вещества проводника (выбирается по таблицам).

Другими словами, чем тоньше и длиннее проводник, тем больше его сопротивление электрическому току. Весомое значение имеет также материал, из которого изготовлен проводник.

Как измерять электрического сопротивление?

Для измерения электрического сопротивления необходимо придерживаться следующих правил:

  • Измерение проводить нужно параллельно элементу электрического цепи;
  • Элемент должен быть обесточен;
  • Элемент не должен быть подключен к электрической цепи;
  • Измерение имеет смысл только для обычного резистора.

Значение омического сопротивления лучше всего определять с помощью цифрового мультиметра, чтобы избежать ошибок и неточностей в показаниях.

При измерении с помощью измерительного прибора измеряемый элемент не должен быть подключен к источнику напряжения во время измерения. Измеряемый элемент должен быть отпаян от электрической цепи, по крайней мере, с одной стороны. В противном случае расположенные параллельно элементы будут влиять на результат измерения.

Единицы измерения электрического сопротивления

Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ω). Ом – это единица измерения, которая обозначает сопротивление, которое препятствует протеканию одного ампера тока при напряжении в один вольт.

Ом является основной единицей измерения сопротивления в Международной системе единиц (СИ). Она названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома, который внес значительный вклад в изучение электричества и разработал законы, описывающие электрическое сопротивление.

Для более удобного измерения сопротивления, используются префиксы, которые изменяют значение ома в соответствии с его множителем. Например:

  • Килоом (kΩ) – это 1000 омов, то есть 1 килоом равен 1000 омам.
  • Мегаом (MΩ) – это 1 000 000 омов, то есть 1 мегаом равен 1 000 000 омам.

Такие префиксы позволяют измерять сопротивление в более удобных единицах, особенно когда имеется дело с большими значениями сопротивления.

Например, если у нас есть сопротивление 5000 омов, мы можем записать его как 5 килоомов (5 kΩ) или 0.005 мегаома (0.005 MΩ).

Формула для расчета электрического сопротивления

Электрическое сопротивление (R) – это мера того, насколько проводник препятствует протеканию электрического тока. Оно зависит от материала проводника, его длины (L) и площади поперечного сечения (A).

Формула для расчета электрического сопротивления выглядит следующим образом:

R = ρ * (L / A)

  • R – электрическое сопротивление (в омах, Ω)
  • ρ (ро) – удельное сопротивление материала проводника (в омах на метр, Ω·м)
  • L – длина проводника (в метрах, м)
  • A – площадь поперечного сечения проводника (в квадратных метрах, м²)

Удельное сопротивление (ρ) – это характеристика материала проводника, которая показывает, насколько хорошо или плохо он проводит электрический ток. Чем меньше удельное сопротивление, тем лучше проводник.

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

Таким образом, если увеличить длину проводника или удельное сопротивление материала, то электрическое сопротивление увеличится. Если увеличить площадь поперечного сечения проводника, то электрическое сопротивление уменьшится.

Электрическое сопротивление

Идеи, Концепции, учения, методы исследования

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

#Физические свойства
#Электродинамика
Информация

Идеи, Концепции, учения, методы исследования

Области знаний: Электрический ток, Электродинамика

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:

  1. свободных носителей электрических зарядов;
  2. 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.

Зависимость электрического сопротивления от материала проводника

Электрическое сопротивление проводника также зависит от материала, из которого он изготовлен. Различные материалы имеют разные свойства, которые влияют на способность проводить электрический ток.

Свободные электроны и проводимость

В проводниках электрический ток передается свободными электронами. В некоторых материалах, таких как металлы, электроны легко двигаются и передают заряд от одного атома к другому. Эти материалы называются хорошими проводниками. Например, медь и алюминий являются хорошими проводниками электричества.

В других материалах, таких как пластик или дерево, электроны не могут свободно двигаться и передавать заряд. Эти материалы называются изоляторами. Изоляторы имеют очень высокое сопротивление электрическому току.

Уровень проводимости и сопротивление

Уровень проводимости материала определяет, насколько легко электроны могут двигаться внутри него. Материалы с высоким уровнем проводимости имеют низкое сопротивление, так как электроны могут свободно передвигаться и передавать заряд.

Материалы с низким уровнем проводимости имеют высокое сопротивление, так как электроны испытывают большое сопротивление при попытке двигаться через материал.

Температурная зависимость

Также стоит отметить, что электрическое сопротивление материала может изменяться с изменением температуры. В некоторых материалах, таких как металлы, сопротивление увеличивается с повышением температуры. Это связано с тем, что при повышении температуры электроны сталкиваются с большим количеством атомов материала, что затрудняет их движение.

В других материалах, таких как полупроводники, сопротивление уменьшается с повышением температуры. Это связано с изменением свойств материала и повышением уровня проводимости.

Итак, материал проводника имеет большое значение для его электрического сопротивления. Хорошие проводники обладают низким сопротивлением, так как электроны легко передвигаются внутри них. Изоляторы, напротив, имеют высокое сопротивление, так как электроны не могут свободно двигаться. Также стоит учитывать, что сопротивление материала может изменяться с изменением температуры.

Свойства электрического сопротивления

Электрическое сопротивление – это свойство материала препятствовать прохождению электрического тока. Вот некоторые основные свойства электрического сопротивления:

Зависимость от длины и площади поперечного сечения

Сопротивление проводника зависит от его длины и площади поперечного сечения. Чем длиннее проводник, тем больше сопротивление, так как электроны должны пройти большее расстояние. Также, чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем больше сопротивление, так как электроны имеют меньше места для движения.

Зависимость от материала проводника

Сопротивление проводника также зависит от материала, из которого он изготовлен. Различные материалы имеют разные уровни проводимости, что влияет на их сопротивление. Хорошие проводники, такие как медь и алюминий, имеют низкое сопротивление, так как электроны легко передвигаются внутри них. Изоляторы, напротив, имеют высокое сопротивление, так как электроны не могут свободно двигаться.

Температурная зависимость

Сопротивление материала может изменяться с изменением температуры. В некоторых материалах, сопротивление увеличивается с повышением температуры. Это связано с тем, что при повышении температуры электроны сталкиваются с большим количеством атомов материала, что затрудняет их движение. В других материалах, сопротивление уменьшается с повышением температуры. Это связано с изменением свойств материала и повышением уровня проводимости.

Закон Ома

Сопротивление проводника связано с его сопротивлением согласно закону Ома. Закон Ома утверждает, что сила тока, протекающего через проводник, прямо пропорциональна напряжению на нем и обратно пропорциональна его сопротивлению. Формула для расчета сопротивления по закону Ома: R = V/I, где R – сопротивление, V – напряжение, I – сила тока.

Важно понимать свойства электрического сопротивления, так как они помогают нам понять, как работают электрические цепи и устройства, а также как выбирать правильные материалы для проводников в различных ситуациях.

Удельное сопротивление

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материла 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 $R=ρ/$ следует, что

Величина, обратная $ρ$, называется удельной проводимостью $σ$:

Так как в СИ единицей сопротивления является $1$ Ом, единицей площади $1м^2$, 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 — $Ом^м^$.

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (м$м^2$). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом$·$м$м^2$/м. Так как $1 мм^2 = 0.000001 м^2$, то $1$ Ом$·$м $м^2$/м$ = 10^$ Ом$·$м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка ($1 ·10^$) Ом$·$м$м^2$/м, диэлектрики — в $10^-10^$ раз большим.

Зависимость сопротивления 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 °$С:

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 $α=(/)K^$. Для растворов электролитов $α

  • ООО «Экзамер», 2024
  • Написать нам
  • Юридические документы
Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий