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
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 .
Электрическое сопротивление
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
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».
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):
- 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.
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.
Удельное сопротивление (ρ) – это свойство материала, которое определяет его способность сопротивляться протеканию электрического тока. Оно зависит от химического состава и структуры 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.
Единицы измерения электрического сопротивления
Электрическое сопротивление измеряется в единицах, называемых омах (Ом). Ом – это основная единица измерения электрического сопротивления в Международной системе единиц (СИ).
Ом обозначается символом Ω (греческая буква “омега”).
Один ом равен сопротивлению, при котором приложение одного вольта к проводнику протекает ток силой одного ампера.
Кроме основной единицы измерения, существуют также префиксы, которые используются для обозначения множителей:
- Миллиом (мОм) – одна тысячная (10^-3) часть ома;
- Килоом (кОм) – одна тысяча (10^3) омов;
- Мегаом (МОм) – один миллион (10^6) омов;
- Гигаом (ГОм) – один миллиард (10^9) омов.
Эти префиксы позволяют удобно выражать значения сопротивления в различных диапазонах, от малых до очень больших значений.
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.
Единица измерения сопротивления
Сопротивление — физическая величина, характеризующая среду (проводник), через которую протекает электрический ток.
С физической точки зрения сопротивление обусловлено тем, что заряженные частицы, перемещаясь от одного конца проводника к другому, сталкиваются с атомами его кристаллической решетки или другими элементарными частицами среды. Поэтому протекание тока в обычных условиях связано с выделением некоторого количества тепла за счет таких соударений, т.е. с потерями энергии.
Замечание 1
При охлаждении проводников до сверхнизких температур в них возникает явление сверхпроводимости, когда сопротивление становится равным нулю.
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Сопротивление зависит от следующих факторов:
- материал (например, сопротивление у вольфрама выше, чем у меди);
- геометрическая форма (чем длиннее проводник и тоньше его сечение — тем больше сопротивление);
- температура (чем она выше, тем больше сопротивление) и т.д.
Из закона Ома сопротивление можно выразить как
где $U$ — напряжение, $I$ — сила тока.
Единица измерения сопротивления
В системе СИ сопротивление измеряется в Омах.
Замечание 2
Единица измерения Ом названа в честь немецкого физика Георга Ома (1787 — 1854 гг.), внесшего большой вклад в развитие электротехники.
В систему СИ Ом был введен в 1960 году. В Российской Федерации действует ГОСТ 8.417-2002, в котором в качестве единицы измерения электрического сопротивления также указан Ом.
Ом — производная единица, равная сопротивлению проводника, по которому протекает ток силой 1 ампер вызывая падение напряжения на концах этого проводника 1 вольт. Вольт для СИ — внесистемная единица, поэтому Ом выражается через килограммы, секунды и амперы:
Начинай год правильно
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽
В системе «Сантиметр, грамм, секунда» (СГС) единица сопротивления не имеет собственного названия, равно как единицы силы тока и напряжения. Для пересчета сопротивления между системами СГС и СИ используется соотношение:
$1 ед. СГС = 9 cdot 10^11 Ом$.
В системе СГСЭ и системе Гаусса сопротивление измеряется в статах. Стат представляет собой частное от деления напряжения, выраженного в статвольтах, на силу тока, выраженную в статамперах.
$1 stat approx 8,99 cdot 10^11 Ом$.
В системе СГСМ сопротивление измеряется в абомах (напряжение — в абвольтах, сила тока — в абамперах):
$1 abom = 1нОм = 10^ Ом$.
Для измерения электрического сопротивления используют омметры — приборы, оснащенные собственными источниками тока. Современные приборы такого типа показывают результат измерения на электронных табло. Старые омметры показывали результат посредством механических стрелок, что менее практично, зато наглядно демонстрирует природу измеряемой величины.
Стрелка классического омметра прикреплена к вращающейся в постоянном магнитном поле токопроводящей подпружиненной рамке, при пропускании тока через которую возникает электромагнитная сила, взаимодействующая с магнитным полем. Чем больший течет ток через проводник, тем, сильнее отклоняется стрелка и, следовательно, меньше сопротивление. Поэтому показания на шкалах таких приборов часто отсчитывается не слева направо, а справа налево.
Рисунок 1. Шкала омметра (верхняя) с отсчетом величины справа налево. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На практике часто используют кратные Ому единицы измерения — килоомы, мегаомы.
Для маркировки резисторов — электронных компонентов с заданным сопротивлением — применяется система цветных полосок, позволяющая не наносить на детали плохо читаемый мелкий текст.
Рисунок 2. Маркировка резисторов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Единица измерения электрического сопротивления
Единицу измерения сопротивления назвали в честь Георга Ома. В Международной интернациональной системе единиц СИ электрическое сопротивление 1 Ом имеет участок цепи, на котором падает напряжение равное 1 В при силе тока 1 А:
Для определения сопротивления с помощью закона Ома требуется измерить предварительно напряжение и ток. Двух измерений можно избежать с помощью прибора, разработанного для непосредственного измерения сопротивления. Прибор называется омметром.
На практике большинство используемых в электрических схемах и приборах сопротивлений гораздо больше, чем 1 Ом. Поэтому чаще применяются кратные единицы измерений : килоом и мегом:
- 1 кОм = 1000 Ом;
- 1 МОм = 1000 000 Ом.
Удельное электрическое сопротивление
Дальнейшие исследования позволили установить связь величины электрического сопротивления с его основными геометрическими размерами. Оказалось, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника L и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника S.
Эта функциональная связь хорошо описывается следующей формулой:
Постоянная для каждого вещества величина ρ была названа удельным сопротивлением. Значение этого параметра зависит от плотности вещества, его кристаллической структуры, строения атомов и прочих внутренних характеристик вещества. Из формулы (4) можно получить формулу для расчета удельного сопротивления, если имеются экспериментальные значения для R, L и S:
Для большинства известных веществ измерения были произведены и внесены в справочные таблицы электрических сопротивлений проводников.
Удельное сопротивление металлов, Ом*мм 2 /м
