Электрическое сопротивление: определение и формулы расчета

Электрическое сопротивление проводников

Любое тело, через которое протекает электрический ток, оказывает ему сопротивление. Таким образом, электронная теория объясняет сущность электрического сопротивления металлических проводников.

Свободные электроны, двигаясь по проводнику, бесчисленное количество раз сталкиваются на своем пути с атомами и другими электронами и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии. Электроны как бы испытывают сопротивление своему движению. Различные металлические проводники с разной атомной структурой имеют разное сопротивление электрическому току.

Свойство проводящего материала предотвращать прохождение электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Точно так же объясняется сопротивление проводников жидкости и газа прохождению электрического тока. Однако не следует забывать, что в этих веществах не электроны, а частицы, заряженные молекулами, при своем движении сталкиваются с сопротивлением. Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r. Ом принимается за единицу электрического сопротивления.

Удельное сопротивление провода.

Ом — это сопротивление столба ртути высотой 106,3 см сечением 1 мм2 при температуре 0 ° С. Если, например, электрическое сопротивление проводника 4 Ом, то записывается так: R = 4 Ом или r = 4 Ом. Для измерения сопротивлений большого значения используется единица, называемая мегомами. Один мегаом равен одному миллиону Ом.

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже проводимость электрического тока и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току проходить через этот проводник. Следовательно, для характеристики проводника (с точки зрения прохождения через него электрического тока) можно учитывать не только его сопротивление, но и величину, обратную сопротивлению, которая называется проводимостью.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС означает электродвижущую силу. Он обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в вольтах.

• ЭДС — это сила, которая перемещает заряженные частицы по цепи. Он взят из текущего источника. Например, от батареи.

Химическая реакция внутри гальванического элемента (синоним батареи) происходит с выделением энергии в электрической цепи. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться по проводнику.

Часто напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что они одинаковы. Формально это не так, но при поиске и устранении неисправностей очень часто действительно нет никакой разницы, так как эти значения измеряются в вольтах и ​​приводят к процессам, которые в основном очень похожи.

В виде формулы закон Ома для замкнутой цепи будет выглядеть так:

Закон Ома для полной схемы I = ε / (R + r) I — сила тока А — ЭДС В R — сопротивление Ом r — внутреннее сопротивление источника Ом

Ни один источник не идеален. В домашнем задании это возможно («источник считается идеальным», это предложения), но в реальной жизни это точно не так. В связи с этим источник имеет внутреннее сопротивление, препятствующее протеканию тока.

Решаем задачу по полной цепочке.

Проблема

Найти силу тока в полной цепи, состоящей из резистора 3 Ом и источника с ЭДС 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

Решение:

Возьмем закон Ома для полной схемы:

I = ε / (R + r)

Замените значения:

I = 4 / (3 + 1) = 1 ЛА

Ответ: Сила тока в цепи — 1 А.

Виды

Проводник — это среда или объект, способный проводить электрический ток. Внутри при подключении к источнику энергии заряженная частица начинает активно двигаться. Амперметр показывает увеличение электрического напряжения в цепи. При рассмотрении различных типов проводников учитываются удельная проводимость и тип материала:

• медь;
• алюминий;
• металл;
• золото;
• никелевые и хромовые сплавы.

В научном сообществе существует понятие сверхпроводника, которое считается идеальным. Он имеет значительный угол диэлектрических потерь. Когда ток течет из цепи, учитывается процент смещения. Для сверхпроводника этот параметр минимален.

Из меди

Медь относится к компонентам 11 группы таблицы химических элементов. По классификации он пластинчатый, встречается нескольких видов. Вещество часто бывает розового цвета. В электротехнике медь имеет низкое удельное сопротивление и находится в той же нише, что и серебро и золото.

Серебро и золото

Материал применим при производстве жгутов проводов и печатных схем. Другое вещество требуется при производстве электроприводов. Рассматривая сложные управляемые электромеханические системы, следует отметить, что в них используются обмотки с низким удельным сопротивлением.

Если вы цените силовые трансформаторы, они тоже используют этот металл, но он часто бывает с примесями. Это необходимо для снижения электропроводности. В печатных платах медь сочетается с алюминием. Что касается радиодеталей, то остаются востребованными сплавы на основе меди, которые также имеют низкое сопротивление.

При разборке персональных компьютеров вещество встречается из бронзы или латуни. Также используются добавки цинка или никеля. Для повышения упругости проводника используются другие материалы, например олово, цинк. По таблице удельного сопротивления веществу присвоен показатель 0,0157 Ом.

Свойства меди

Из алюминия

Среди элементов 13 группы стола выделяется алюминий. Это отличный проводник в цепи из парамагнитного металла. В окраске наблюдается серебристый оттенок. Дирижер хорошо поддается обработке. Помимо значительной электропроводности отмечается коррозионная стойкость.

При термической обработке образуется оксидная пленка, защищающая поверхность. В природе присутствуют различные соединения алюминия. Если рассматривать стандартный провод небольшого сечения, он необходим в электрических катушках. Вещество имеет невысокие плотность и массу, поэтому ему сложно найти аналоги. Используя алюминий в движущихся частях, вы можете улучшить их характеристики.

Проводник часто встречается в жестких дисках и аудиосистемах. По-прежнему востребованы пряди, покрытые слоем лака. Есть эмалированные аналоги, отличающиеся повышенной безопасностью. В качестве изоляторов используются каучук и берилл. Производители выпускают жилы сечением 0,003 мм.

Свойства алюминия

Помимо катушек индуктивности, провод можно установить в индукторы, динамики, наушники. Что касается соединений, то есть варианты с алунитами. Дополнительная информация о физических свойствах:

• низкая температура плавления;
• высокая теплоемкость;
• значительная твердость;
• слабый парамагнетик;
• широкий температурный диапазон.

Алюминий содержится в печатных платах, потому что он поддается формованию. Дополнительным преимуществом является коррозионная стойкость. Алюминиевые проводники популярны и востребованы в промышленности. Удельное сопротивление — 0,028 Ом. Также необходимо учитывать недостаток — значительное содержание примесей.

Из металла

Среди металлов распространенными типами проводников считаются следующие:

• руководство;
• жестяная банка;
• платина;
• никель;
• вольфрам.

Свинец — это элемент группы 14, который может использоваться как проводник. Он имеет предельную плотность 11,35 грамма на кубический метр. Область применения ограничена, так как материал токсичен и относится к тяжелым металлам. История происхождения формулы неясна, есть только догадки.

Металлические группы

Если говорить о токопроводящих элементах, то часто используют нитрат свинца. В блоках питания, в резервных блоках есть вариант с хлором. Учитывая неорганические соединения, теллуридный материал изолирован. Он подходит в качестве термоэлектрического проводника, поэтому используется в электростанциях различной мощности. Еще один металлический элемент требуется в холодильниках.

Если рассматривать теллурид более подробно, то следует отнести к сингулярности значительную диэлектрическую проницаемость. Помимо свинца в составе есть олово и теллур. По отдельности вещества встречаются в фоторезисторах и диодах. Если разбирать полупроводниковые приборы, элементы содержатся в стабилизаторах и указывают направление тока.

Важно! Олово является проводником 14 групп химических элементов. Материал безопасен, не содержит токсичных веществ.

Вместе с золотом отличными антикоррозионными свойствами обладает олово. Дисульфид часто используется в технике. Диоксид олова имеет самую высокую прочность. В аккумуляторах он используется в чистом виде. Говоря о гальванических элементах, стоит упомянуть диоксид марганца-олова.

Платина — проводник 10-й группы химических элементов. Представленный металл имеет электрическое сопротивление 0,098 Ом и отличается повышенной плотностью. Если рассматривать сферу применения, вещество часто встречается в лазерной технике. Мы говорим не только о принтерах, но и об измерительных приборах.

Свойства платины

Также платина используется в электромагнитных реле. В представленных автоматах он выполняет роль проводника. Это механические, тепловые или оптические реле. В электронных датчиках платина содержится в меньшем количестве, но используется из-за широкого диапазона температур. В частности, можно рассмотреть электронный термометр сопротивления. Резистивный элемент — в основном платина.

Из золота

Удельное сопротивление золота 0,023 Ом. Материал относится к первой группе металлов и по своим физическим свойствам мягкий. Золото встречается с примесями и в чистом виде. Плотность 19,32 г / см³, область применения широка. В промышленности проводник востребован как припой.

Припаиваем золото

Его можно наносить на самые разные поверхности и он служит отличным материалом для соединения деталей, так как имеет низкую температуру плавления. Также золото требуется для защиты от коррозии.

Недостатки:

• мягкость материала;
• подвержены точечной коррозии.

Если использовать материал с добавками, температура плавления снижается. Также это влияет на механические свойства вещества.

Золото с добавками

Закон Ома.

И здесь нам помогает основной закон всей электроники, закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую схему: как следует из закона Ома, напряжение и ток в цепи связаны следующим образом:

I = гидроразрыв {U} {R}

Пусть напряжение равно 10В, а сопротивление цепи — 200 Ом. Тогда ток в цепи рассчитывается следующим образом:

I = гидроразрыв {10} {200} = 0,05 = 50 мA

Тест по физике Расчет сопротивления проводника 8 класс

Физический тест Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление для восьмиклассников с ответами. Тест состоит из 10 вопросов с несколькими вариантами ответов.

1. От каких факторов зависит сопротивление проводника?

1) Его размеры и сила тока в нем 2) Его длина и площадь поперечного сечения 3) Длина, площади поперечного сечения проводника и напряжение на его концах 4) Длина, площади поперечного сечения и вещество, из которого он состоит сделано из

2. Как сопротивление проводника зависит от его длины?

1) Чем больше длина проводника, тем больше его сопротивление 2) Чем больше длина проводника, тем меньше его сопротивление 3) Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине 4) Сопротивление проводника практически равно независимо от его длины

3. Как сопротивление проводника зависит от его площади поперечного сечения?

1) Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше его сопротивление 2) Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше сопротивление 3) Сопротивление проводника обратно пропорционально его площадь поперечного сечения 4) Практически нет зависимости между сопротивлением и площадью поперечного сечения проводника

4. Какая физическая величина характеризует зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он состоит?

1) Количество электричества, которое проходит через участок проводника 2) Ток в проводнике 3) Напряжение на проводнике 4) Удельное электрическое сопротивление вещества

5. По какой формуле, зная длину, площадь поперечного сечения проводника и материал, из которого он изготовлен, можно рассчитать его сопротивление?

1) R = U / I 2) R = ρl / S 3) U = A / q 4) I = q / t

6. Что из перечисленного является лучшим проводником электричества? В чем особенность его удельного сопротивления?

1) Алюминий; это нормально 2) Железо; мал 3) Серебро; имеет наименьшее значение 4) Меркурий; имеет большее значение

7. Из какого материала вы бы выбрали нагревательный элемент для котла?

1) Никель 2) Вольфрам 3) Константан 4) Алюминий

8. Определите сопротивление алюминиевого провода длиной 100 м с площадью поперечного сечения 2,8 мм2.

1) 10 Ом 2) 1 Ом 3) 2,8 Ом 4) 28 Ом

9. Рассчитайте удельное сопротивление меди с площадью поперечного сечения 500 м 0,1 мм2 с сопротивлением 85 Ом.

10. Найдите площадь поперечного сечения алюминиевого провода длиной 500 м с сопротивлением 7 Ом.

1) 0,2 мм2 2) 2 мм2 3) 4 мм2 4) 0,4 мм2

Ответы на тест по физике Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление 1-4 2-3 3-3 4-4 5-2 6-3 7-3 8-2 9-1 10-2

Физический принцип сопротивления

Проще всего это объяснить по аналогии с водопроводом. Представьте себе, что вода — это какой-то электрический ток, генерируемый прямым движением электронов в проводнике, а напряжение — аналог давления (напора) воды. Сопротивление — это сила сопротивления среды их движению, которую электроны или вода должны преодолеть, в результате чего совершается работа и выделяется тепло. Именно эта модель была представлена ​​Георгу Ому в 1820 году, когда он начал изучать природу того, что происходит в электрических цепях.

В водопроводе все так, что чем выше напор воды, тем относительно большая доля энергии уходит на преодоление сопротивления в трубах, так как в них нарастает турбулентность потока. Ом исходил из этого, начав эксперименты по измерению зависимости силы тока от напряжения. И вскоре выяснилось, что в электрических проводниках ничего подобного не происходит: сопротивление вещества электрическому току совершенно не зависит от приложенного напряжения. Это, по сути, закон Ома, который (для отдельного участка схемы) записывается очень просто:

V = ИК

где V — напряжение, приложенное к участку схемы, I — сила тока, R — электрическое сопротивление участка схемы.

Сопротивление проводника

Сегодня мы понимаем, что электропроводность обусловлена ​​движением свободных электронов, а сопротивление обусловлено столкновением этих электронов с атомами кристаллической решетки. При каждом таком столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который в результате начинает более интенсивно колебаться, и в результате мы наблюдаем нагрев проводника под действием электрического тока . Повышение напряжения в цепи никоим образом не влияет на долю тепловых потерь этого типа, а отношение напряжения к электрическому току остается постоянным.

Однако, когда Георг Ом экспериментально открыл свой закон, атомная теория строения материи находилась в зачаточном состоянии, и это было за несколько десятилетий до открытия электрона. Таким образом, для него формула V = IR была чисто экспериментальным результатом. Сегодня у нас есть довольно стройная и в то же время сложная теория электропроводности, и мы понимаем, что закон Ома в его первоначальном виде является лишь грубым приближением.

Однако это не мешает нам успешно использовать его для расчета самых сложных электрических схем, используемых в промышленности и в повседневной жизни. Единица измерения электрического сопротивления в системе СИ называется Ом, в честь этого выдающегося ученого.

Условия, определяющие сопротивление проводников

При определении сопротивления учитывается ряд характеристик:

• сечение элемента;
• длина проводника;
• удельное сопротивление;
• вид материала.

Объекты с высоким сопротивлением практически не проводят ток. Также существует обратная зависимость, которая прописана в законе Ома. Для расчета показателя учитывается электропроводность. Показывает способность проводника принимать электрический ток.

Проводимость электрического тока

Роль проводника тока

Если источник ЭДС подключен к проводящему веществу или материалу, то через него начинает течь электрический ток. В этом случае свободные электроны вещества инициируют прямое движение от отрицательного полюса к положительному, поскольку являются носителями отрицательного заряда.

При прямом движении электроны ударяются об атомы материала и передают им часть своей энергии, по этой причине проводник, по которому течет ток, нагревается. И электроны после столкновения замедляют свое движение. Но электрическое поле снова их ускоряет, поэтому они продолжают движение в сторону плюса.

Этот процесс может продолжаться практически бесконечно, пока вокруг проводника есть электрическое поле, создаваемое источником электродвижущей силы. Получается, что чем больше препятствий попадает на путь электронов, тем выше значение сопротивления.

Разные вещества имеют разное количество свободных электронов, и атомы, между которыми перемещаются свободные носители заряда, занимают разное положение. Поэтому токопроводы зависят, прежде всего, от материала, из которого они сделаны, от площади и длины поперечного сечения.

Если мы сравним два проводника, изготовленных из одного и того же материала, то более длинный имеет большее R для того же поперечного сечения, а при большем поперечном сечении он имеет меньшее сопротивление при одинаковой длине. Возьмем практический пример: подключите лампу накаливания мощностью 60 Вт к розетке. Спираль лампочки начинает создавать какое-то препятствие потоку электронов с потенциалом 220В.

Если это препятствие на пути электронов окажется слишком маленьким, лампочка перегорит. Если слишком большой, нить будет гореть очень слабо. Но если он «оптимальный», лампочка будет гореть нормально, выделяя тепло. Вырабатываемое тепло называется «потраченной впустую» энергией, поскольку на часть энергии влияет ненужный нагрев.

Что такое удельное электрическое сопротивление? Из формулы закона Ома можно записать, что электрическое сопротивление — это физическая величина, которую можно вычислить как отношение напряжения в проводнике к силе тока, протекающего в нем.

Итак, основываясь на опыте с лампочкой выше, мы можем сделать вывод, что электрическое сопротивление проводника — это физическая величина, которая указывает на свойство вещества преобразовывать электрическую энергию в тепловую. (R = ρ × l) / S ρ — удельное сопротивление проводящего материала, Ом · мм, l — длина, м, S — площадь поперечного сечения, м2. Удельное электрическое сопротивление — это также физическая величина, которая равна сопротивлению проводника длиной один метр с площадью поперечного сечения в один квадратный метр. На практике поперечное сечение измеряется в квадратных миллиметрах.

Сопротивление различных металлов

Следовательно, удельное электрическое сопротивление легче читать в Ом × мм2 / м, а площадь заменяется в мм2. Приведенная выше формула говорит о том, что спецификация res прямо пропорциональна удельному сопротивлению материала, из которого она сделана, а также его длине и обратно пропорциональна площади поперечного сечения проводника.

Резистивные проводники также зависят от температуры. Следовательно, для металлических элементов R увеличивается с повышением температуры. Эта зависимость сложна, но в относительно узких пределах изменения температуры (примерно до 200 ° C) условно можно считать, что для каждого металла существует определенный так называемый температурный коэффициент сопротивления (альфа), который выражает определенный увеличение температуры, дельта сопротивления при изменении температуры на один градус Цельсия, относящееся к 1 Ом от начального значения сопротивления. Следовательно, температурный коэффициент удельного сопротивления будет равен α = r2-r1 / r1 (T2-T1), а увеличение удельного сопротивления будет равно Δr = r2-r1 = αr2 (T2-T1)

Например, для линейного медного провода при температуре T1 = 15 ° r1 = 50 Ом и при температуре T2 = 75 ° — r2 — 62 Ом. Следовательно, при изменении температуры на 75-15 = 60 ° дельта будет равна 62-50 = 12 Ом. То есть дельта, соответствующая изменению температуры на 1 °, равна: 12/60 = 0,2. Что определяет удельное сопротивление.

Во-первых, из материала проводника. Чем выше значение, тем хуже будет допустимая нагрузка по току. Во-вторых, от длины провода — с увеличением длины сопротивление увеличивается. В-третьих, по толщине. Более толстый проводник имеет меньшее сопротивление. И в-четвертых, о температуре проводника.

Если он изготовлен из металла, их удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. В качестве исключения можно разместить специальные сплавы — их удельное электросопротивление практически не меняется при нагревании. Например: никелин, константан и манганин. Но в жидкостях при нагревании удельное сопротивление уменьшается.

Связь с проводимостью в изотропных материалах выражается формулой: ρ = 1 / σ, где σ — проводимость. Явление сверхпроводимости Предположим, что температура материала уменьшается, поэтому сопротивление также будет уменьшаться. Существует предел, до которого можно снизить температуру: абсолютный ноль.

Секционное руководство

В числовом выражении это -273 ° C. Температуры ниже этого значения просто не существует. При этом значении удельное сопротивление любого проводника будет равно нулю, поскольку при абсолютном нуле атомы кристаллической решетки полностью перестают колебаться. В результате электронное облако проходит между узлами решетки, не сталкиваясь с ними. Res удельного материала становится равным нулю, что открывает возможность получения бесконечно больших уровней тока в проводниках малого сечения. Явление сверхпроводимости открывает фантастические перспективы для развития электротехники и электроники. Но все же есть некоторые трудности, связанные с получением в повседневной жизни сверхнизких значений температуры, необходимых для создания желаемого эффекта. Когда эти проблемы удастся преодолеть, электротехника перейдет на принципиально новый уровень развития.

Формула как найти

Согласно положению любого учебника по электродинамике, формула удельного сопротивления материала проводника равна доле общего сопротивления проводника на площадь поперечного сечения, деленному на длину проводника. Важно понимать, что на итоговую цифру будет влиять температура и чистота материала. Например, если в медь добавить немного марганца, общий показатель увеличится в несколько раз.

интересно, что существует формула для неоднородного изотропного материала. Для этого необходимо знать напряженность электрического поля с плотностью электрического тока. Чтобы его найти, нужно первое значение разделить на другое. В этом случае результат — не константа, а скалярное значение.

Закон Ома в дифференциальной форме

Есть еще одна формула, которую труднее понять для неоднородного анизотропного материала. Это зависит от тензорной координаты.

важно отметить, что соотношение между сопротивлением и проводимостью также выражается в формулах. Существуют правила нахождения изотропных и анизотропных материалов по компонентам тензора. Они показаны на схеме ниже.

Связь с проводимостью выражается в физических отношениях.

Зависимость от свойств материала

От какой индуктивности зависит

Для стандартизации единица измерения — 1 Ом. Это сопротивление создает столб ртути толщиной 1 квадратный метр и высотой 1063 мм. Измерения производятся при поддержании нулевой температуры.

Для упрощения расчетов используйте конкретное значение сопротивления Rsp, которое создается проводниками из других материалов (длина X площадь поперечного сечения = 1000 мм x 1 ммq).

Удельное сопротивление (проводимость)

Цифра указывает Rsp (серебро) = 0,016. Это означает, что проводник длиной один метр с нормализованной площадью поперечного сечения 1 кв. Мм создает электрическое сопротивление 0,016 Ом. Информацию по другим материалам можно взять из справочника.

Резистор

У всех настоящих проводников есть сопротивление, но они стараются сделать его бессмысленным. В домашних заданиях обычно используется словосочетание «идеальный дирижер», что означает, что его лишают выносливости.

Из-за того, что наш проводник «работает и работает так идеально», очень часто резистор отвечает за сопротивление в цепи. Это устройство, которое заряжает цепь сопротивлением.

Вот как резистор представлен на схемах:

На протяжении всей школы физики используют европейское обозначение, поэтому мы его только помним. Американское обозначение встречается, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

Вот как выглядит резистор в естественной среде обитания:

Полоски на нем показывают его силу.

На сайте компании Ekits, занимающейся продажей электронных модулей, вы можете выбрать цвет резистора и узнать величину его сопротивления:

Сопротивление проводника и его зависимость от размеров, материалов и температуры.

Любое тело, через которое протекает электрический ток, оказывает ему сопротивление. Свойство проводящего материала предотвращать прохождение электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.

Ом принимается за единицу электрического сопротивления.

Сопротивление разных проводников зависит от материала, из которого они сделаны. Для характеристики электрического сопротивления различных материалов вводится понятие так называемого удельного сопротивления.

Удельное сопротивление — это сопротивление проводника длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм2. Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Каждый материал, из которого сделан проводник, имеет свое удельное сопротивление.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, то есть чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.

Сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения, то есть чем толще проводник, тем меньше его сопротивление и, наоборот, чем тоньше проводник, тем больше его сопротивление.

Электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник изготовлен, умноженному на длину проводника и разделенному на площадь поперечного сечения проводника:

Р = пл / С,

где — R — сопротивление проводника, Ом, l — длина в проводе в м, S — площадь поперечного сечения проводника, мм2.

Еще одним фактором, влияющим на сопротивление проводника, является температура.

было обнаружено, что с повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается и уменьшается по мере их уменьшения. При понижении температуры создаются лучшие условия для прямого движения электронов, и сопротивление проводника уменьшается. Это объясняет интересное явление: сверхпроводимость металлов.

ЭДС источника тока. Закон Ома для замкнутой цепи с ЭДС.

Когда электрические заряды движутся по цепи постоянного тока, внешние силы, действующие внутри источников тока, делают свою работу.

Физическая величина, равная коэффициенту трудозатрат A

ст от внешних сил при перемещении заряда
q
от отрицательного полюса источника тока к положительному до величины этого заряда называется
источник электродвижущей силы
(CEM):

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Эта формула выражает закон Ома для замкнутой цепи: ток в замкнутой цепи равен электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородных и неоднородных участков цепи.

Сопротивление r

неоднородную область можно рассматривать как
внутреннее сопротивление источника тока.
63. Подключение проводов.

Проводники в электрических цепях можно соединять последовательно и параллельно.

При последовательном соединении проводников ток во всех проводниках одинаков:

В 1 = В 2 = В .

По закону Ома напряжение U

1 и
Ты
2 на проводниках одинаковые

Ты 1 = ИК 1, Ты 2 = ИК 2.

Общее напряжение U

на обоих проводниках равна сумме напряжений
Ты
1 и
Ты
2:

Ты = Ты 1 + Ты 2 = В ( Р 1 + Р 2) = ИК ,

где R

— электрическое сопротивление всей цепи. Из этого следует:

Р = Р 1 + Р 2.

Какие бывают виды электрического тока в быту

Форма волны токов зависит от работы источника напряжения и сопротивления среды, через которую проходит сигнал. Чаще всего на практике домашний умелец сталкивается со следующими видами:

• постоянный сигнал, генерируемый батареями или гальваническими элементами;
• синусоидальный, создаваемый промышленными генераторами частотой 50 герц;
• кнопка, образованная преобразованием различных блоков питания;
• импульс, который проникает в домашнюю сеть из-за разряда молнии в воздушных линиях электропередачи;
• произвольный.

Самый распространенный — это синусоидальный или переменный ток — от него питаются все наши устройства.

Факторы, влияющие на сопротивление полупроводников

экспериментально обнаружено, что с повышением температуры в кристаллах полупроводников уменьшается электрическое сопротивление. Это связано с тем, что при нагревании кристалла количество свободных электронов увеличивается и, как следствие, увеличивается их концентрация. Переменное сопротивление полупроводников под действием температуры используется для создания специальных устройств, называемых термисторами.

Для изготовления термистора используются полупроводники, представляющие собой оксиды отдельных металлов в смешанном состоянии. Готовое вещество помещается в защитный металлический корпус с изолированными проводами. С их помощью устройство подключается к электрической цепи.

Термисторы используются для измерения температуры или поддержания ее в определенном режиме в любом устройстве. Основной принцип их работы — переменная устойчивость к экстремальным температурам. Тот же принцип применим и к фоторезисторам. Здесь величина сопротивления меняется в зависимости от уровня освещения.

§ 45. Расчёт сопротивления проводника. Удельное сопротивление

Мы знаем, что причиной электрического сопротивления проводника является взаимодействие электронов с ионами кристаллической решетки металла (§ 43). Следовательно, можно предположить, что сопротивление проводника зависит от его длины и площади поперечного сечения, а также от вещества, из которого он состоит.

На рисунке 74 показана установка для такого эксперимента. В цепь источника тока по очереди входят различные проводники, например:

1. никелевые проволоки одинаковой толщины, но разной длины;
2. никелевые проволоки одинаковой длины, но разной толщины (разного сечения);
3. никелевая и нихромовая проволока одинаковой длины и толщины.

Ток в цепи измеряется амперметром, напряжение — вольтметром.

Зная напряжение на концах проводника и ток в нем, по закону Ома можно определить сопротивление каждого из проводников.

Рис. 74. Зависимость сопротивления проводника от его размера и типа вещества

Проведя указанные эксперименты, мы установим, что:

1. чем две никелевые проволоки одинаковой толщины, более длинная проволока имеет большее сопротивление;
2. из двух никелевых проволок одинаковой длины проволока меньшего сечения имеет большее сопротивление;
3. никелевая и нихромовая проволока одинакового диаметра имеет разную прочность.

Зависимость сопротивления проводника от его размера и от вещества, из которого он сделан, первоначально экспериментально исследовал Ом. Он обнаружил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально его площади поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

Как учесть зависимость сопротивления от вещества, из которого сделан проводник? Для этого рассчитывается так называемое удельное сопротивление вещества.

Удельное сопротивление — это физическая величина, определяющая сопротивление проводника из определенного вещества длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2.

Введем буквенные обозначения: ρ — удельное сопротивление проводника, I — длина проводника, S — площадь его поперечного сечения. Тогда сопротивление проводника R будет выражаться формулой

Отсюда получаем:

Из последней формулы можно определить единицу удельного сопротивления. Поскольку единицей сопротивления является 1 Ом, единица измерения площади поперечного сечения — 1 м2, а единица длины — 1 м, поэтому единицей удельного сопротивления будет:

площадь поперечного сечения проводника удобнее выражать в квадратных миллиметрах, так как обычно оно невелико. Итак, единицей измерения удельного сопротивления будет:

В таблице 8 приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при 20 ° C. Удельное сопротивление меняется с температурой. Экспериментально установлено, что, например, в металлах удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры.

Таблица 8. Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ (t = 20)

Из всех металлов серебро и медь имеют самое низкое удельное сопротивление. Следовательно, серебро и медь — лучшие проводники электричества.

При разводке электрических цепей используются алюминиевые, медные и железные провода.

Во многих случаях требуются высокопрочные устройства. Они изготовлены из специально созданных сплавов — веществ с высоким удельным сопротивлением. Например, как видно из Таблицы 8, сплав нихрома имеет удельное сопротивление почти в 40 раз больше, чем у алюминия.

Фарфор и эбонит обладают таким высоким удельным сопротивлением, что практически не проводят электричество; они используются как изоляторы.

Изменения проводника при увеличении длины

В ходе испытаний было отмечено, что с увеличением длины проводника увеличивается его электрическое сопротивление. Для проведения эксперимента нужно выбрать заготовки из одного материала. Например, это может быть никелевая проволока. Для считывания параметров используется амперметр, подключенный к клеммам.

Установив отрезки меньшей длины, можно заметить, что ток в цепи увеличивается. Даже с изделием можно поиграться с амперметром. Например, поместив стилус в центр детали, можно отобразить значение 50 ампер.

Индикатор амперметра

Интересно! Если вы переместите его в сторону, к краю, чтобы увеличить диапазон носителя, текущий индикатор уменьшится. То же самое и с проводниками из других материалов.