Какими параметрами определяется сопротивление проводника

Электрическое сопротивление — это физическая величина , характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току .

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току.

Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности R между напряжением U и силой постоянного тока I в законе Ома для участка цепи.

Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом (1 Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А.

Удельное сопротивление.

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

Электрическое сопротивление

,

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.

Электрическое сопротивление

Из формулы следует, что

Электрическое сопротивление

,

Величина, обратная ρ, называется удельной проводимостью σ:

Электрическое сопротивление

.

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.

Удельное сопротивление. Реостаты

Эксперимент (3). Материал проводника, физическая величина — удельное сопротивление проводника (прямая пропорциональность).

Примечание: «эксперимент» следует понимать как включение в электрическую цепь проводников с конкретными одинаковыми и различающимися физическими параметрами и сравнение значений сопротивлений данных проводников.

Физика 8 класс (Урок№19 — Расчёт сопротивления проводника.)

Впервые зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он изготовлен, и от длины проводника обнаружил немецкий физик Георг Ом. Он установил:

Сопротивление проводника напрямую зависит от его длины и материала, но обратным образом зависит от площади поперечного сечения проводника.

Обрати внимание!

Из этого можно сделать вывод: чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т.е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.

Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причём у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход её в другой сосуд по толстой трубке произойдёт гораздо быстрее, чем по тонкой, т.е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т.е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.

Удельное сопротивление проводника зависит от строения вещества. Электроны при движении внутри металлов взаимодействуют с атомами (ионами), находящимися в узлах кристаллической решётки. Чем выше температура вещества, тем сильнее колеблются атомы и тем больше удельное сопротивление проводников.

Удельное электрическое сопротивление — физическая величина (rho), характеризующая свойство материала оказывать сопротивление прохождению электрического тока:
ρ = R ⋅ S l , где удельное сопротивление проводника обозначается греческой буквой (rho) (ро), (l) — длина проводника, (S) — площадь его поперечного сечения.

Определим единицу удельного сопротивления. Воспользуемся формулой ρ = R ⋅ S l .

Как известно, единицей электрического сопротивления является (1) Ом, единицей площади поперечного сечения проводника — (1) м², а единицей длины проводника — (1) м. Подставляя в формулу, получаем:

1 Ом ⋅ 1 м 2 1 м = 1 Ом ⋅ 1 м , т.е. единицей удельного сопротивления будет Ом ⋅ м .

На практике (например, в магазине при продаже проводов) площадь поперечного сечения проводника измеряют в квадратных миллиметрах, В этом случае единицей удельного сопротивления будет:

1 Ом ⋅ 1 мм 2 1 м , т.е. Ом ⋅ мм 2 м .
В таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при (20) °С.

Безымянный.png

Удельное сопротивление увеличивается пропорционально температуре.

При нагревании колебания ионов металлов в узлах металлической решётки увеличиваются, поэтому свободного пространства для передвижения электронов становится меньше. Электроны чаще отбрасываются назад, поэтому значение тока уменьшается, а значение сопротивления увеличивается.

Обрати внимание!

Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. А это значит, что медь и серебро лучше остальных проводят электрический ток.

При проводке электрических цепей, например, в квартирах не используют серебро, т.к. это дорого. Зато используют медь и алюминий, так как эти вещества обладают малым удельным сопротивлением.
Порой необходимы приборы, сопротивление которых должно быть большим. В этом случаем необходимо использовать вещество или сплав с большим удельным сопротивлением. Например, нихром.

Полиэтилен, дерево, стекло и многие другие материалы отличаются очень большим удельным сопротивлением. Поэтому они не проводят электрический ток. Такие материалы называют диэлектриками или изоляторами .

Очень часто нам приходится изменять силу тока в цепи. Иногда мы ее увеличиваем, иногда уменьшаем. Водитель трамвая или троллейбуса изменяет силу тока в электродвигателе, тем самым увеличивая или уменьшая скорость транспорта.

Реостат — это резистор, значение сопротивления которого можно менять.
Реостаты используют в цепи для изменения значений силы тока и напряжения.

Реостат на рисунке состоит из провода с большим удельным сопротивлением (никелин, нихром), по которому передвигается подвижный контакт (C) по длине провода, плавно изменяя сопротивление реостата. Сопротивление такого реостата пропорционально длине провода между подвижным контактом (C) и неподвижным (A). Чем длиннее провод, тем больше сопротивление участка цепи и меньше сила тока. С помощью вольтметра и амперметра можно проследить эту зависимость.

Рис. (2). Реостат с подвижным контактом
На школьных лабораторных занятиях используют переменное сопротивление — ползунковый реостат .
Рис. (3). Ползунковый реостат

Он состоит из изолирующего керамического цилиндра, на который намотан провод с большим удельным сопротивлением. Витки проволоки должны быть изолированы друг от друга, поэтому либо проволоку обрабатывают графитом, либо оставляют на проволоке слой окалины. Сверху над проволочной обмоткой закреплен металлический стержень, по которому перемещается ползунок. Контакты ползунка плотно прижаты в виткам и при движении изолирующий слой графиты или окалины стирается, и тогда электрический ток может проходить от витков проволоки к ползунку, через него подводиться к стержню, имеющему на конце зажим (1).

Для соединения реостата в цепь используют зажим (1) и зажим (2). Ток, поступая через зажим (2), идёт по никелиновой проволоке и через ползунок подаётся на зажим (1). Перемещая ползунок от (2) к (1), можно увеличивать длину провода, в котором течёт ток, а значит, и сопротивление реостата.

В электрических схемах реостат изображается следующим образом:

Как и любой электрический прибор, реостат имеет допустимое значение силы тока, свыше которого прибор может перегореть. Маркировка реостата содержит диапазон его сопротивления и максимальное допустимое значение силы тока.

Обрати внимание!

Сопротивление реостата нужно учитывать в параметрах электрической цепи. При минимальных значениях сопротивления ток в цепи может вывести из строя амперметр.

Существуют реостаты, в которых переключатель подключается на проводники заданной длины и сопротивления: каждая спираль реостата имеет определённое сопротивление. Поэтому плавно изменять силу тока с помощью такого прибора не получится.

Электрический ток в металлах.

Металлы- хорошие проводники., поэтому для создания в них электрического тока достаточно создать электрическое поле. Ток в металлах создают свободные электроны, которые образуются при образовании кристаллической решетки.

Описывают ток в металле законы Ома

Закон ОМА для участка цепи. I= U/R

Сила тока в цепи пропорциональна напряжению на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома для полной цепи. I = ε / ( R + r)

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

Сопротивление зависит от материала Электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади S поперечного сечения:

R = S

Сопротивление проводника связано с температурой — при повышении температуры сопротивление проводника тоже увеличивается. R = Ro (1 + α t )

Где Ro — сопротивление данного проводника при 0 о С; α — температурный коэффициент сопротивления вещества.(характеризует зависимость изменения сопротивления при изменении температуры)

При прохождении тока по металлу вокруг него возникает магнитное поле, и проводник нагревается. То используют для создания больших электромагнитов, и нагревательных приборов.

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

Аналогия с потоком воды

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

  1. 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.
  2. 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.

Суть электрического сопротивления на примере модели протекания воды в трубе

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.

Почему проводник “сопротивляется”?

Напряжение U, поданное на концы проводника, создает внутри него электрическое поле, которое приводит в движение свободные электроны вещества. Электроны, получив дополнительную кинетическую энергию, начинают двигаться упорядоченно в одном направлении, создавая тем самым электрический ток цепи.

В процессе движения электроны сталкиваются с нейтральными и заряженными атомами, из которых стоит проводник, теряют энергию. Масса атома превосходит массу электрона в тысячи раз, поэтому их столкновение приводит к изменению направления движения электронов и потере скорости (“торможению”).

Таким образом возникает сопротивление протеканию (нарастанию) тока.

Электрический ток в проводнике ограничивается столкновением электронов с атомами

Расчет сопротивления с помощью закона Ома

Немецкий физик Георг Ом в 1826 г. обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I есть величина постоянная:

R — сопротивление, Ом.

Эту величину стали называть электрическим сопротивлением. Пользуясь этой формулой, можно экспериментально определить величину неизвестного сопротивления.

Схема измерения напряжения и тока для определения сопротивления участка цепи

Для этого амперметром измеряется величина электрического тока через сопротивление, а вольтметром — напряжение на участке цепи. Далее, применяя формулу (1), вычисляется значение R.

Единица измерения названа в честь Георга Ома. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

Вычисление сопротивления проводника

Перед тем как найти сопротивление проводника, нужно определить его длину и площадь сечения. При этом существенное значение имеет материал, который был использован при изготовлении токопровода. Из-за этого для вычисления еще понадобится удельное сопротивление электропроводника.

Сегодня в электротехнике так же, как и раньше, используется уже устаревшая измерительная единица удельного электросопротивления. Ее размерность Ом × мм² /м. Для перевода в Ом × м, что соответствует системе СИ, нужно выполнить умножение на 10 -6 , потому что 1 мм² равен 0,000001 м².

Вообще-то у серебра одно из самых маленьких удельных сопротивлений. Если из него сделать провода, тогда получатся отличные проводники. Однако чаще для их изготовления применяют алюминий и медь. Ведь они стоят дешевле.

Таблица удельных сопротивлений распространенных веществ

Таблица удельных сопротивлений распространенных веществ
Источник encom74.ru

Проводниками принято называть вещества, оказывающие минимальное противодействие электротоку. Они характеризуются незначительным сопротивлением. В то же время вещества, не пропускающие электрический ток, представляют собой диэлектрики.

Итак, электрическое сопротивление обозначается литерой R. Оно измеряется в Омах (Ом). Чтобы его посчитать, необходимо удельное сопротивление электропроводника умножить на его длину, а потом полученное значение разделить на площадь поперечного сечения токопровода.

Формула для расчета электрического сопротивления

Формула для расчета электрического сопротивления
Источник vsyoprosto.ru

С уменьшением толщины и увеличением длины проводника возрастает его электросопротивление пропускаемому току.

Посчитать электросопротивление можно и по упрощенной формуле, если использовать закон Ома. Согласно ему нужно напряжение (U), измеренное в проводнике, разделить на силу тока (I), который протекает по нему. Сама же формула выглядит следующим образом:

Вам важно понимать, что 1 Ом представляет собой сопротивление токопровода, по которому протекает электроток с силой 1 А. При этом в нем напряжение составляет 1 В.

В этом видео понятно объясняется, что такое электрическое сопротивление:

Чтобы стало еще понятнее, приведу пример простой задачки. Необходимо посчитать электрическое сопротивление токопровода, на который подается напряжение 5 В. При этом через него проходит ток силой, составляющей 0,1 А.

Для решения данной задачки нужно использовать простую формулу, полученную из закона Ома. Согласно ей нам придется напряжение 5 В разделить на силу тока 0,1 А. Выполнив данное вычисление мы получаем, что сопротивление проводника составляет 50 Ом.

Еще отмечу, что широко используются специальные радиоэлементы как в электронике, так и в электротехнике. Данные компоненты разработаны именно для создания сопротивления электротоку. Их называют резисторами.

Пример различных резисторов

Пример различных резисторов
Источник diyodemag.com

Коротко о главном

Электрическое сопротивление – одно из свойств токопроводящего вещества. Оно противодействует прохождению электрического тока по данному материалу. На это свойство влияет атомное строение конкретного проводника.

Для вычисления электросопротивления используют закон Ома. Согласно ему характеристику можно определить путем деления напряжения на силу тока. Сопротивление еще вычисляется путем умножения удельного сопротивления определенного вещества на длину электропроводника из него. Затем полученное значение делят на площадь сечения того же самого токопровода. При этом сопротивление измеряется в Омах.

Напишите в комментариях, как думаете – более точно получится вычислить электросопротивление, используя закон Ома или формулу с геометрическими параметрами проводника?

  • #сопротивление
  • #электрическое
  • #это
  • #электрическое сопротивление это
  • Добавить в закладки
  • Скачать
Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий