Специфично съпротивление на проводниците. Електрическо съпротивление и проводимост

Конвертор на дължина и разстояние Конвертор на маса Конвертор на мерки за обем на насипни продукти и хранителни продукти Конвертор на площ Конвертор на обем и мерни единици в кулинарни рецепти Конвертор на температура Конвертор на налягане, механично напрежение, модул на Юнг Конвертор на енергия и работа Конвертор на мощност Конвертор на сила Преобразувател на време Линеен скоростен преобразувател Преобразувател на плосък ъгъл Термична ефективност и горивна ефективност Преобразувател на числа в различни бройни системи Преобразувател на единици за измерване на количество информация Валутни курсове Размери на дамско облекло и обувки Размери на мъжко облекло и обувки Преобразувател на ъглова скорост и честота на въртене Преобразувател на ускорение Преобразувател на ъглово ускорение Преобразувател на плътност Преобразувател на специфичен обем Преобразувател на инерционен момент Преобразувател на момент на сила Преобразувател на въртящ момент Преобразувател на специфична топлина на изгаряне (по маса) Преобразувател на енергийна плътност и специфична топлина на изгаряне (по обем) Преобразувател на температурна разлика Преобразувател на коефициент на топлинно разширение Преобразувател на термично съпротивление Конвертор на топлопроводимост Конвертор на специфичен топлинен капацитет Конвертор на излагане на енергия и мощност на топлинно излъчване Конвертор на плътност на топлинен поток Конвертор на коефициент на топлопреминаване Конвертор на обемен дебит Конвертор на масов дебит Конвертор на моларен дебит Конвертор на масов дебит Конвертор на моларна концентрация Конвертор на масова концентрация в разтвор Конвертор Динамичен (абсолютен) конвертор на вискозитет Конвертор на кинематичен вискозитет Конвертор на повърхностно напрежение Конвертор на паропропускливост Конвертор на паропропускливост и скорост на пренос на пари Конвертор на звуково ниво Конвертор на чувствителност на микрофона Конвертор на ниво на звуково налягане (SPL) Конвертор на ниво на звуково налягане с избираемо референтно налягане Конвертор на яркост Конвертор на светлинен интензитет Конвертор на осветеност Конвертор на разделителна способност на компютърна графика Преобразувател на честота и дължина на вълната Диоптрична мощност и фокусно разстояние Диоптрична мощност и увеличение на лещата (×) Преобразувател на електрически заряд Преобразувател на линеен заряд Преобразувател на повърхностна плътност на заряд Преобразувател на плътност на обемен заряд Преобразувател на електрически ток Конвертор на линеен ток Преобразувател на плътност на повърхностен ток Преобразувател на напрегнатост на електрическо поле Електростатичен потенциал и преобразувател на напрежение Преобразувател на електрическо съпротивление Преобразувател на електрическо съпротивление Преобразувател на електрическа проводимост Преобразувател на електрическа проводимост Електрически капацитет Преобразувател на индуктивност Американски преобразувател на проводника Нива в dBm (dBm или dBm), dBV (dBV), ватове и др. единици Преобразувател на магнитодвижеща сила Преобразувател на силата на магнитното поле Преобразувател на магнитен поток Преобразувател на магнитна индукция Излъчване. Конвертор на мощността на погълнатата доза на йонизиращо лъчение Радиоактивност. Преобразувател на радиоактивен разпад Радиация. Конвертор на експозиционна доза Радиация. Конвертор на абсорбирана доза Конвертор на десетичен префикс Пренос на данни Типография и конвертор на единици за обработка на изображения Конвертор на единици за обем на дървен материал Изчисляване на моларна маса Периодичната таблица на химическите елементи на Д. И. Менделеев

1 ом сантиметър [Ohm cm] = 0,01 ом метър [Ohm m]

Първоначална стойност

Преобразувана стойност

ом метър ом сантиметър ом инч микроом сантиметър микроом инч абом сантиметър статом на сантиметър кръгъл мили ом на фут ом кв. милиметър на метър

Феромагнитни течности

Повече за електрическото съпротивление

Главна информация

Веднага след като електричеството напусна лабораториите на учените и започна широко да се въвежда в практиката на ежедневието, възникна въпросът за търсене на материали, които имат определени, понякога напълно противоположни характеристики по отношение на протичането на електрически ток през тях.

Например, когато се предава електрическа енергия на дълги разстояния, материалът на проводника трябваше да минимизира загубите, дължащи се на нагряване на джаул в комбинация с характеристики с ниско тегло. Пример за това са познатите високоволтови електропроводи от алуминиеви проводници със стоманена сърцевина.

Или, обратно, за създаване на компактни тръбни електрически нагреватели са необходими материали с относително високо електрическо съпротивление и висока термична стабилност. Най-простият пример за устройство, което използва материали с подобни свойства, е горелката на обикновена кухненска електрическа печка.

Проводниците, използвани в биологията и медицината като електроди, сонди и сонди, изискват висока химическа устойчивост и съвместимост с биоматериали, съчетани с ниско контактно съпротивление.

Цяла плеяда от изобретатели от различни страни: Англия, Русия, Германия, Унгария и САЩ допринесоха с усилията си за разработването на такова вече познато устройство като лампа с нажежаема жичка. Томас Едисън, след като проведе повече от хиляда експеримента, тествайки свойствата на материалите, подходящи за ролята на нишки, създаде лампа с платинена спирала. Лампите на Едисон, въпреки че имаха дълъг експлоатационен живот, не бяха практични поради високата цена на изходния материал.

Последвалата работа на руския изобретател Лодигин, който предложи използването на относително евтин, огнеупорен волфрам и молибден с по-високо съпротивление като нишковидни материали, намери практическо приложение. Освен това Лодигин предложи изпомпване на въздуха от цилиндрите на лампата с нажежаема жичка, замяната му с инертни или благородни газове, което доведе до създаването на модерни лампи с нажежаема жичка. Пионерът в масовото производство на достъпни и издръжливи електрически лампи беше компанията General Electric, на която Лодигин прехвърли правата върху своите патенти и след това дълго време успешно работи в лабораториите на компанията.

Този списък може да бъде продължен, тъй като любознателният човешки ум е толкова изобретателен, че понякога, за да реши даден технически проблем, се нуждае от материали с невиждани досега свойства или с невероятни комбинации от тези свойства. Природата вече не може да се справи с нашите апетити и учени от цял ​​свят се включиха в надпреварата за създаване на материали, които нямат естествени аналози.

Една от най-важните характеристики както на естествените, така и на синтезираните материали е електрическото съпротивление. Пример за електрическо устройство, в което това свойство се използва в чист вид, е предпазител, който предпазва нашето електрическо и електронно оборудване от излагане на ток, надвишаващ допустимите стойности.

Трябва да се отбележи, че домашните заместители на стандартните предпазители, направени без познаване на съпротивлението на материала, понякога причиняват не само изгаряне на различни елементи на електрически вериги, но и пожари в къщи и пожари в окабеляване в автомобили.

Същото важи и за подмяна на предпазители в електрическите мрежи, когато вместо предпазител с по-нисък номинал се монтира предпазител с по-висок номинален работен ток. Това води до прегряване на електрическата инсталация и дори, като следствие, до пожари с тежки последици. Това важи особено за рамковите къщи.

Историческа справка

Концепцията за специфично електрическо съпротивление се появи благодарение на трудовете на известния немски физик Георг Ом, който теоретично обоснова и чрез множество експерименти доказа връзката между силата на тока, електродвижещата сила на батерията и съпротивлението на всички части на батерията. верига, като по този начин открива закона за елементарната електрическа верига, който след това е кръстен на него. Ом изследва зависимостта на големината на протичащия ток от величината на приложеното напрежение, от дължината и формата на материала на проводника, както и от вида на материала, използван като проводяща среда.

В същото време трябва да отдадем почит на работата на сър Хъмфри Дейви, английски химик, физик и геолог, който пръв установява зависимостта на електрическото съпротивление на проводник от неговата дължина и напречно сечение и също отбеляза зависимостта на електрическата проводимост от температурата.

Изучавайки зависимостта на потока от електрически ток от вида на материалите, Ом откри, че всеки проводящ материал, който му е на разположение, има някаква характерна характеристика на устойчивост на потока от ток, присъщ само на него.

Трябва да се отбележи, че по времето на Ом един от най-разпространените днес проводници - алуминият - имаше статут на особено благороден метал, така че Ом се ограничи до експерименти с мед, сребро, злато, платина, цинк, калай, олово и желязо .

В крайна сметка Ом въвежда концепцията за електрическото съпротивление на материала като фундаментална характеристика, без да знае абсолютно нищо за естеството на протичащия ток в металите или зависимостта на тяхното съпротивление от температурата.

Специфично електрическо съпротивление. Определение

Електрическото съпротивление или просто съпротивлението е основна физическа характеристика на проводящ материал, която характеризира способността на веществото да предотвратява протичането на електрически ток. Означава се с гръцката буква ρ (произнася се ро) и се изчислява въз основа на емпиричната формула за изчисляване на съпротивлението, получена от Георг Ом.

или от тук

където R е съпротивление в ома, S е площ в m²/, L е дължина в m

Размерът на електрическото съпротивление в Международната система от единици (SI) се изразява в Ohm m.

Това е съпротивлението на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 m² / 1 ом.

В електротехниката, за удобство на изчисленията, е обичайно да се използва производната на стойността на електрическото съпротивление, изразена в Ohm mm²/m. Стойностите на съпротивлението за най-често срещаните метали и техните сплави могат да бъдат намерени в съответните справочници.

Таблици 1 и 2 показват стойностите на съпротивлението на различни най-често срещани материали.

Таблица 1. Съпротивление на някои метали

Таблица 2. Съпротивление на обикновени сплави

Специфични електрически съпротивления на различни среди. Физика на явленията

Електрическо съпротивление на метали и техните сплави, полупроводници и диелектрици

Днес, въоръжени със знания, ние сме в състояние предварително да изчислим електрическото съпротивление на всеки материал, както естествен, така и синтезиран, въз основа на неговия химичен състав и очаквано физическо състояние.

Това знание ни помага да използваме по-добре възможностите на материалите, понякога доста екзотични и уникални.

Поради преобладаващите представи, от гледна точка на физиката, твърдите вещества се разделят на кристални, поликристални и аморфни вещества.

Най-лесният начин, в смисъл на техническо изчисляване на съпротивлението или неговото измерване, е с аморфни вещества. Те нямат ясно изразена кристална структура (въпреки че могат да имат микроскопични включвания на такива вещества), са относително хомогенни по химичен състав и проявяват свойства, характерни за даден материал.

За поликристални вещества, образувани от съвкупност от относително малки кристали с еднакъв химичен състав, поведението на свойствата не се различава много от поведението на аморфните вещества, тъй като електрическото съпротивление, като правило, се определя като интегрално кумулативно свойство на дадена проба от материал.

Ситуацията е по-сложна с кристалните вещества, особено с монокристалите, които имат различно електрическо съпротивление и други електрически характеристики по отношение на осите на симетрия на техните кристали. Това свойство се нарича кристална анизотропия и се използва широко в техниката, по-специално в радиосхемите на кварцови осцилатори, където стабилността на честотата се определя именно от генерирането на честоти, присъщи на даден кварцов кристал.

Всеки от нас, като собственик на компютър, таблет, мобилен телефон или смартфон, включително собствениците на електронни часовници до iWatch, е собственик и на кварцов кристал. От това можем да съдим за мащаба на използване на кварцови резонатори в електрониката, възлизащ на десетки милиарди.

Освен това съпротивлението на много материали, особено на полупроводниците, зависи от температурата, така че референтните данни обикновено се дават при температурата на измерване, обикновено 20°C.

Уникалните свойства на платината, която има постоянна и добре проучена зависимост на електрическото съпротивление от температурата, както и възможността за получаване на метал с висока чистота, послужиха като предпоставка за създаването на сензори на нейна основа в широк температурен диапазон. диапазон.

За металите разпространението на референтните стойности на съпротивлението се определя от методите за приготвяне на проби и химическата чистота на метала на дадена проба.

За сплавите по-голямото разсейване в референтните стойности на съпротивлението се дължи на методите за приготвяне на проби и променливостта на състава на сплавта.

Специфично електрическо съпротивление на течности (електролити)

Разбирането за съпротивлението на течностите се основава на теориите за термична дисоциация и подвижността на катиони и аниони. Например в най-разпространената течност на Земята - обикновената вода, някои от нейните молекули под въздействието на температурата се разпадат на йони: Н+ катиони и ОН– аниони. Когато се приложи външно напрежение към електроди, потопени във вода при нормални условия, възниква ток поради движението на гореспоменатите йони. Както се оказа, във водата се образуват цели асоциации от молекули - клъстери, понякога комбинирани с H+ катиони или OH– аниони. Следователно прехвърлянето на йони от клъстери под въздействието на електрическо напрежение се извършва по следния начин: приемайки йон в посоката на приложеното електрическо поле от едната страна, клъстерът „изпуска“ подобен йон от другата страна. Наличието на клъстери във водата идеално обяснява научния факт, че при температура от около 4 °C водата има най-висока плътност. Повечето от водните молекули са в клъстери поради действието на водородни и ковалентни връзки, почти в квазикристално състояние; термичната дисоциация е минимална и все още не е започнало образуването на ледени кристали, които имат по-ниска плътност (ледът плува във водата).

Като цяло съпротивлението на течностите е по-зависимо от температурата, така че тази характеристика винаги се измерва при температура от 293 K, което съответства на температура от 20 °C.

В допълнение към водата има голям брой други разтворители, които могат да създават катиони и аниони на разтворими вещества. Познаването и измерването на съпротивлението на такива разтвори също е от голямо практическо значение.

За водни разтвори на соли, киселини и основи концентрацията на разтвореното вещество играе важна роля при определяне на съпротивлението на разтвора. Пример е следната таблица, която показва стойностите на съпротивлението на различни вещества, разтворени във вода при температура 18 °C:

Таблица 3. Стойности на съпротивлението на различни вещества, разтворени във вода при температура 18 ° C

Данните в таблицата са взети от Краткия физико-технически справочник, том 1, - М.: 1960 г.

Специфично съпротивление на изолатори

Цял клас различни вещества, които имат относително високо съпротивление, са от голямо значение в областта на електротехниката, електрониката, радиотехниката и роботиката. Независимо от тяхното агрегатно състояние, било то твърдо, течно или газообразно, такива вещества се наричат ​​изолатори. Такива материали се използват за изолиране на отделни части от електрически вериги една от друга.

Пример за твърди изолатори е познатата гъвкава електрическа лента, благодарение на която възстановяваме изолацията при свързване на различни проводници. Много хора са запознати с порцеланови окачващи изолатори за въздушни електропроводи, текстолитни платки с електронни компоненти, включени в повечето електронни продукти, керамика, стъкло и много други материали. Съвременните твърди изолационни материали на базата на пластмаси и еластомери правят безопасно използването на електрически ток с различни напрежения в голямо разнообразие от устройства и инструменти.

В допълнение към твърдите изолатори в електротехниката широко се използват течни изолатори с високо съпротивление. В силови трансформатори на електрически мрежи течното трансформаторно масло предотвратява прекъсвания на завъртанията поради самоиндукция на ЕМП, като надеждно изолира завоите на намотките. В маслените превключватели маслото се използва за гасене на електрическата дъга, която възниква при превключване на източници на ток. Кондензаторното масло се използва за създаване на компактни кондензатори с висока електрическа производителност; В допълнение към тези масла като течни изолатори се използват натурално рициново масло и синтетични масла.

При нормално атмосферно налягане всички газове и техните смеси са отлични изолатори от гледна точка на електротехниката, но благородните газове (ксенон, аргон, неон, криптон), поради своята инертност, имат по-високо съпротивление, което се използва широко в някои области на технологията.

Но най-често срещаният изолатор е въздухът, който се състои главно от молекулярен азот (75% от теглото), молекулярен кислород (23,15% от теглото), аргон (1,3% от теглото), въглероден диоксид, водород, вода и някои примеси различни благородни газове. Той изолира потока на ток в конвенционалните битови ключове за осветление, релейни токови превключватели, магнитни стартери и механични превключватели. Трябва да се отбележи, че намаляването на налягането на газовете или техните смеси под атмосферното налягане води до увеличаване на тяхното електрическо съпротивление. Идеалният изолатор в този смисъл е вакуумът.

Електрическо съпротивление на различни почви

Един от най-важните начини за защита на човек от вредното въздействие на електрическия ток по време на аварии в електрическата инсталация е защитното заземително устройство.

Това е умишленото свързване на корпуса или корпуса на електрически устройства със защитно заземително устройство. Обикновено заземяването се извършва под формата на стоманени или медни ленти, тръби, пръти или ъгли, заровени в земята на дълбочина повече от 2,5 метра, които в случай на авария осигуряват протичането на ток по веригата - корпус или корпус - земя - неутрален проводник на източника на променлив ток. Съпротивлението на тази верига трябва да бъде не повече от 4 ома. В този случай напрежението върху тялото на аварийното устройство се намалява до стойности, които са безопасни за хората, а автоматичните устройства за защита на веригата по един или друг начин изключват аварийното устройство.

При изчисляването на защитните заземителни елементи важна роля играе познаването на съпротивлението на почвите, което може да варира в широки граници.

В съответствие с данните в референтните таблици се избира площта на заземяващото устройство, от него се изчислява броят на заземяващите елементи и действителният дизайн на цялото устройство. Конструктивните елементи на защитното заземително устройство са свързани чрез заваряване.

Електрическа томография

Електроразведката изучава близката до повърхността геоложка среда и се използва за търсене на рудни и неметални полезни изкопаеми и други обекти въз основа на изследването на различни изкуствени електрически и електромагнитни полета. Специален случай на електропроучване е електрическата томография (Electrical Resistivity Tomography) - метод за определяне на свойствата на скалите чрез тяхното съпротивление.

Същността на метода е, че при определено положение на източника на електрическо поле се правят измервания на напрежението на различни сонди, след което източникът на поле се премества на друго място или се превключва към друг източник и измерванията се повтарят. Източници на поле и сонди за полеви приемници се поставят на повърхността и в кладенци.

След това получените данни се обработват и интерпретират с помощта на съвременни компютърни методи за обработка, които позволяват визуализирането на информация под формата на двуизмерни и триизмерни изображения.

Като много точен метод за търсене, електрическата томография оказва неоценима помощ на геолози, археолози и палеозоолози.

Определянето на формата на поява на минерални находища и границите на тяхното разпространение (очертаване) дава възможност да се идентифицира появата на венозни находища на минерали, което значително намалява разходите за последващото им развитие.

За археолозите този метод на търсене предоставя ценна информация за местоположението на древните погребения и наличието на артефакти в тях, като по този начин намалява разходите за разкопки.

Палеозоолозите използват електрическа томография, за да търсят вкаменени останки от древни животни; резултатите от тяхната работа могат да се видят в природонаучните музеи под формата на зашеметяващи реконструкции на скелети на праисторическа мегафауна.

Освен това електрическата томография се използва при изграждането и последващата експлоатация на инженерни съоръжения: високи сгради, язовири, диги, насипи и други.

Дефиниции на съпротивлението в практиката

Понякога, за да решим практически проблеми, може да се сблъскаме със задачата да определим състава на вещество, например тел за рязане на пенополистирол. Имаме две намотки тел с подходящ диаметър от различни непознати за нас материали. За да се реши проблемът, е необходимо да се намери тяхното електрическо съпротивление и след това, като се използва разликата в намерените стойности или с помощта на справочна таблица, да се определи материалът на проводника.

Измерваме с ролетка и отрязваме 2 метра тел от всяка проба. Нека определим диаметрите на проводниците d₁ и d₂ с микрометър. След като включим мултиметъра до долната граница на измерване на съпротивлението, измерваме съпротивлението на пробата R₁. Повтаряме процедурата за друг образец и също измерваме неговото съпротивление R₂.

Нека вземем предвид, че площта на напречното сечение на проводниците се изчислява по формулата

S = π d 2 /4

Сега формулата за изчисляване на електрическото съпротивление ще изглежда така:

ρ = R π d 2 /4 L

Замествайки получените стойности на L, d₁ и R₁ във формулата за изчисляване на съпротивлението, дадена в статията по-горе, изчисляваме стойността на ρ₁ за първата проба.

ρ 1 = 0,12 ома mm 2 /m

Замествайки получените стойности на L, d₂ и R₂ във формулата, изчисляваме стойността на ρ₂ за втората проба.

ρ 2 = 1,2 ома mm 2 /m

От сравнение на стойностите на ρ₁ и ρ₂ с референтните данни в таблица 2 по-горе, заключаваме, че материалът на първата проба е стомана, а втората е нихром, от който ще направим режещата струна.

Трудно ли ви е да превеждате мерни единици от един език на друг? Колегите са готови да ви помогнат. Публикувайте въпрос в TCTermsи след няколко минути ще получите отговор.

При затваряне на електрическа верига, на клемите на която има потенциална разлика, възниква електрически ток. Свободните електрони под въздействието на силите на електрическото поле се движат по протежение на проводника. При движението си електроните се сблъскват с атомите на проводника и им дават запас от своята кинетична енергия. Скоростта на движение на електроните непрекъснато се променя: когато електроните се сблъскват с атоми, молекули и други електрони, тя намалява, след това под въздействието на електрическо поле се увеличава и отново намалява при нов сблъсък. В резултат на това в проводника се установява равномерен поток от електрони със скорост няколко части от сантиметър в секунда. Следователно електроните, преминаващи през проводник, винаги срещат съпротивление при движението си от неговата страна. Когато електрическият ток преминава през проводник, последният се нагрява.

Електрическо съпротивление

Електрическото съпротивление на проводник, което се обозначава с латинска буква r, е свойството на тяло или среда да преобразува електрическата енергия в топлинна енергия, когато през него преминава електрически ток.

В диаграмите електрическото съпротивление е показано, както е показано на фигура 1, А.

Нарича се променливо електрическо съпротивление, което служи за промяна на тока във веригата реостат. В диаграмите реостатите са обозначени, както е показано на фигура 1, b. По принцип реостатът е направен от тел с едно или друго съпротивление, навита върху изолационна основа. Плъзгачът или лостът на реостата се поставят в определено положение, в резултат на което във веригата се въвежда необходимото съпротивление.

Дълъг проводник с малко напречно сечение създава голямо съпротивление на тока. Късите проводници с голямо напречно сечение предлагат малко съпротивление на тока.

Ако вземете два проводника, изработени от различни материали, но с еднаква дължина и напречно сечение, тогава проводниците ще провеждат ток по различен начин. Това показва, че съпротивлението на проводника зависи от материала на самия проводник.

Температурата на проводника също влияе върху неговото съпротивление. С повишаване на температурата съпротивлението на металите се увеличава, а съпротивлението на течности и въглища намалява. Само някои специални метални сплави (манганин, константан, никел и други) почти не променят устойчивостта си с повишаване на температурата.

И така, виждаме, че електрическото съпротивление на проводника зависи от: 1) дължината на проводника, 2) напречното сечение на проводника, 3) материала на проводника, 4) температурата на проводника.

Единицата за съпротивление е един ом. Om често се представя с гръцката главна буква Ω (омега). Следователно, вместо да пишете „Съпротивлението на проводника е 15 ома“, можете просто да напишете: r= 15 Ω.
1000 ома се нарича 1 килоома(1kOhm или 1kΩ),
1 000 000 ома се нарича 1 мегаом(1mOhm или 1MΩ).

Когато сравнявате съпротивлението на проводници от различни материали, е необходимо да вземете определена дължина и напречно сечение за всяка проба. Тогава ще можем да преценим кой материал провежда електрически ток по-добре или по-зле.

Видео 1. Съпротивление на проводника

Електрическо съпротивление

Съпротивлението в омове на проводник с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm² се нарича съпротивлениеи се обозначава с гръцката буква ρ (ro).

Таблица 1 показва съпротивленията на някои проводници.

маса 1

Съпротивления на различни проводници

Таблицата показва, че желязна жица с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm² има съпротивление 0,13 Ohm. За да получите 1 Ohm съпротивление, трябва да вземете 7,7 m такъв проводник. Среброто има най-ниско съпротивление. 1 Ohm съпротивление може да се получи, като се вземат 62,5 m сребърна жица с напречно сечение 1 mm². Среброто е най-добрият проводник, но цената на среброто изключва възможността за масовото му използване. След среброто в таблицата идва медта: 1 m медна жица с напречно сечение 1 mm² има съпротивление 0,0175 Ohm. За да получите съпротивление от 1 ом, трябва да вземете 57 m такъв проводник.

Химически чистата мед, получена чрез рафиниране, намери широко приложение в електротехниката за производство на проводници, кабели, намотки на електрически машини и устройства. Алуминият и желязото също се използват широко като проводници.

Съпротивлението на проводника може да се определи по формулата:

Където r– съпротивление на проводника в омове; ρ – специфично съпротивление на проводника; л– дължина на проводника в m; С– напречно сечение на проводника в mm².

Пример 1.Определете съпротивлението на 200 m желязна жица със сечение 5 mm².

Пример 2.Изчислете съпротивлението на 2 km алуминиева жица с напречно сечение 2,5 mm².

От формулата за съпротивление можете лесно да определите дължината, съпротивлението и напречното сечение на проводника.

Пример 3.За радиоприемник е необходимо да се навие съпротивление от 30 ома от никелова жица с напречно сечение 0,21 mm². Определете необходимата дължина на проводника.

Пример 4.Определете напречното сечение на 20 m нихромов проводник, ако съпротивлението му е 25 ома.

Пример 5.Проводник с напречно сечение 0,5 mm² и дължина 40 m има съпротивление 16 ома. Определете материала на жицата.

Материалът на проводника характеризира неговото съпротивление.

Въз основа на таблицата на съпротивлението ние откриваме, че оловото има това съпротивление.

По-горе беше посочено, че съпротивлението на проводниците зависи от температурата. Нека направим следния експеримент. Нека навием няколко метра тънка метална жица под формата на спирала и да свържем тази спирала към веригата на батерията. За да измерим тока, свързваме амперметър към веригата. Когато намотката се нагрее в пламъка на горелката, ще забележите, че показанията на амперметъра ще намалеят. Това показва, че съпротивлението на метална тел се увеличава с нагряване.

За някои метали при нагряване до 100° съпротивлението се увеличава с 40–50%. Има сплави, които леко променят съпротивлението си при нагряване. Някои специални сплави практически не показват промяна в съпротивлението при температурни промени. Съпротивлението на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата, докато съпротивлението на електролитите (течни проводници), въглища и някои твърди вещества, напротив, намалява.

Способността на металите да променят своето съпротивление с промени в температурата се използва за конструиране на съпротивителни термометри. Този термометър се състои от платинена тел, навита върху рамка от слюда. Чрез поставяне на термометър, например, в пещ и измерване на съпротивлението на платинената тел преди и след нагряване, може да се определи температурата в пещта.

Промяната в съпротивлението на проводник при нагряване за 1 ом първоначално съпротивление и за 1° температура се нарича температурен коефициент на съпротивлениеи се обозначава с буквата α.

Ако при температура T 0 съпротивление на проводника е r 0 и при температура Tравно на r t, след това температурния коефициент на съпротивление

Забележка.Изчислението с помощта на тази формула може да се извърши само в определен температурен диапазон (до приблизително 200°C).

Представяме стойностите на температурния коефициент на съпротивление α за някои метали (Таблица 2).

таблица 2

Стойности на температурния коефициент за някои метали

От формулата за температурния коефициент на съпротивление определяме r t:

r t = r 0 .

Пример 6.Определете съпротивлението на желязна тел, нагрята до 200°C, ако нейното съпротивление при 0°C е 100 ома.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ома.

Пример 7.Съпротивителен термометър, направен от платинова тел, имаше съпротивление 20 ома в стая при 15°C. Термометърът се поставя във фурната и след известно време се измерва съпротивлението му. Оказа се, че е равно на 29,6 ома. Определете температурата във фурната.

Електропроводимост

Досега разглеждахме съпротивлението на проводника като препятствието, което проводникът осигурява на електрическия ток. Но все пак токът тече през проводника. Следователно, освен съпротивление (препятствие), проводникът има и способността да провежда електрически ток, тоест проводимост.

Колкото по-голямо съпротивление има един проводник, толкова по-малка проводимост има, толкова по-лошо провежда електрически ток и, обратно, колкото по-малко е съпротивлението на един проводник, толкова по-голяма проводимост има, толкова по-лесно е токът да премине през проводника. Следователно съпротивлението и проводимостта на проводника са реципрочни величини.

От математиката е известно, че обратното на 5 е 1/5 и, обратно, обратното на 1/7 е 7. Следователно, ако съпротивлението на проводник се обозначава с буквата r, тогава проводимостта се определя като 1/ r. Проводимостта обикновено се символизира с буквата g.

Електрическата проводимост се измерва в (1/Ohm) или в сименс.

Пример 8.Съпротивлението на проводника е 20 ома. Определете неговата проводимост.

Ако r= 20 ома, тогава

Пример 9.Проводимостта на проводника е 0,1 (1/Ohm). Определете съпротивлението му

Ако g = 0,1 (1/Ohm), тогава r= 1 / 0,1 = 10 (ома)

Както знаем от закона на Ом, токът в даден участък от веригата е в следната връзка: I=U/R. Законът е изведен чрез поредица от експерименти от немския физик Георг Ом през 19 век. Той забеляза закономерност: силата на тока във всеки участък от веригата директно зависи от напрежението, което се прилага към този участък, и обратно от неговото съпротивление.

По-късно беше установено, че съпротивлението на едно сечение зависи от неговите геометрични характеристики, както следва: R=ρl/S,

където l е дължината на проводника, S е неговата площ на напречното сечение, а ρ е определен коефициент на пропорционалност.

По този начин съпротивлението се определя от геометрията на проводника, както и от такъв параметър като специфично съпротивление (наричано по-нататък съпротивление) - така се нарича този коефициент. Ако вземете два проводника с еднакво напречно сечение и дължина и ги поставите в една верига един по един, тогава чрез измерване на тока и съпротивлението можете да видите, че в двата случая тези показатели ще бъдат различни. По този начин специфичният електрическо съпротивление- това е характеристика на материала, от който е направен проводникът, или по-точно веществото.

Проводимост и съпротивление

НАС. показва способността на дадено вещество да предотвратява преминаването на ток. Но във физиката има и обратна величина - проводимост. Той показва способността да провежда електрически ток. Изглежда така:

σ=1/ρ, където ρ е съпротивлението на веществото.

Ако говорим за проводимост, тя се определя от характеристиките на носителите на заряд в това вещество. И така, металите имат свободни електрони. На външната обвивка има не повече от три и за атома е по-изгодно да ги „раздаде“, което се случва, когато химична реакцияс вещества от дясната страна на периодичната таблица. В ситуация, в която имаме чист метал, той има кристална структура, в която тези външни електрони са споделени. Те са тези, които пренасят заряд, ако върху метала се приложи електрическо поле.

В разтворите носителите на заряд са йони.

Ако говорим за вещества като силиций, то в неговите свойства е полупроводники работи на малко по-различен принцип, но повече за това по-късно. Междувременно, нека разберем как се различават тези класове вещества:

1. Проводници;
2. полупроводници;
3. Диелектрици.

Проводници и диелектрици

Има вещества, които почти не провеждат ток. Те се наричат ​​диелектрици. Такива вещества са способни на поляризация в електрическо поле, тоест техните молекули могат да се въртят в това поле в зависимост от това как са разпределени в тях електрони. Но тъй като тези електрони не са свободни, а служат за комуникация между атомите, те не провеждат ток.

Проводимостта на диелектриците е почти нулева, въпреки че сред тях няма идеални (това е същата абстракция като абсолютно черно тяло или идеален газ).

Конвенционалната граница на понятието "проводник" е ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Между тези два класа има вещества, наречени полупроводници. Но отделянето им в отделна група вещества е свързано не толкова с междинното им състояние в линията "проводимост - съпротивление", а с особеностите на тази проводимост при различни условия.

Зависимост от факторите на околната среда

Проводимостта не е напълно постоянна стойност. Данните в таблиците, от които се взема ρ за изчисления, съществуват за нормални условия на околната среда, тоест за температура от 20 градуса. В действителност е трудно да се намерят такива идеални условия за работа на верига; всъщност САЩ (и следователно проводимостта) зависи от следните фактори:

1. температура;
2. налягане;
3. наличие на магнитни полета;
4. светлина;
5. агрегатно състояние.

Различните вещества имат свой собствен график за промяна на този параметър при различни условия. По този начин феромагнетиците (желязо и никел) го увеличават, когато посоката на тока съвпада с посоката на линиите на магнитното поле. Що се отнася до температурата, зависимостта тук е почти линейна (има дори концепция за температурен коефициент на съпротивление и това също е таблична стойност). Но посоката на тази зависимост е различна: за металите тя се увеличава с повишаване на температурата, а за редкоземните елементи и електролитните разтвори се увеличава - и това е в рамките на едно и също агрегатно състояние.

За полупроводниците зависимостта от температурата не е линейна, а хиперболична и обратна: с повишаване на температурата тяхната проводимост се увеличава. Това качествено отличава проводниците от полупроводниците. Ето как изглежда зависимостта на ρ от температурата за проводниците:

Тук са показани съпротивленията на медта, платината и желязото. Някои метали, например живакът, имат малко по-различна графика - когато температурата падне до 4 К, тя я губи почти напълно (това явление се нарича свръхпроводимост).

А за полупроводниците тази зависимост ще бъде нещо подобно:

При преминаване в течно състояние ρ на метала се увеличава, но тогава всички те се държат по различен начин. Например за разтопения бисмут е по-нисък, отколкото при стайна температура, а за медта е 10 пъти по-висок от нормалния. Никелът напуска линейната графика на още 400 градуса, след което ρ пада.

Но волфрамът има толкова висока температурна зависимост, че причинява изгаряне на лампи с нажежаема жичка. Когато е включен, токът загрява намотката и нейното съпротивление се увеличава няколко пъти.

Също така y. с. сплави зависи от технологията на тяхното производство. Така че, ако имаме работа с проста механична смес, тогава съпротивлението на такова вещество може да се изчисли с помощта на средната стойност, но за заместваща сплав (това е, когато два или повече елемента се комбинират в една кристална решетка) ще бъде различно , като правило, много по-голяма. Например, нихромът, от който се правят спирали за електрически печки, има такава стойност за този параметър, че когато е свързан към веригата, този проводник се нагрява до точката на зачервяване (затова всъщност се използва).

Ето характеристиката ρ на въглеродните стомани:

Както може да се види, когато се приближи до температурата на топене, тя се стабилизира.

Съпротивление на различни проводници

Както и да е, в изчисленията ρ се използва точно при нормални условия. Ето таблица, чрез която можете да сравните тази характеристика на различни метали:

Както се вижда от таблицата, най-добрият проводник е среброто. И само неговата цена предотвратява широкото му използване в производството на кабели. НАС. алуминият също е малък, но по-малък от златото. От таблицата става ясно защо окабеляването в къщите е медно или алуминиево.

Таблицата не включва никел, който, както вече казахме, има малко необичайна графика на y. с. на температурата. Съпротивлението на никела след повишаване на температурата до 400 градуса започва не да се увеличава, а да пада. Също така се държи интересно в други заместващи сплави. Ето как се държи сплав от мед и никел в зависимост от процентното съдържание и на двете:

И тази интересна графика показва съпротивлението на цинково-магнезиевите сплави:

Като материали за производството на реостати се използват сплави с високо съпротивление, ето техните характеристики:

Това са сложни сплави, състоящи се от желязо, алуминий, хром, манган и никел.

Що се отнася до въглеродните стомани, то е приблизително 1,7*10^-7 Ohm m.

Разликата между y. с. Различните проводници се определят от тяхното приложение. Така медта и алуминият се използват широко в производството на кабели, а златото и среброто се използват като контакти в редица радиотехнически продукти. Проводниците с високо съпротивление са намерили своето място сред производителите на електроуреди (по-точно те са създадени за тази цел).

Променливостта на този параметър в зависимост от условията на околната среда формира основата за такива устройства като сензори за магнитно поле, термистори, тензодатчици и фоторезистори.

Терминът "съпротивление" се отнася до параметър, притежаван от мед или друг метал, и доста често се среща в специализираната литература. Струва си да разберем какво се има предвид под това.

Един от видовете меден кабел

Общи сведения за електрическото съпротивление

Първо, трябва да разгледаме концепцията за електрическо съпротивление. Както е известно, под въздействието на електрически ток върху проводник (а медта е един от най-добрите метали за проводник), част от електроните в него напускат мястото си в кристалната решетка и се устремяват към положителния полюс на проводника. Въпреки това, не всички електрони напускат кристалната решетка; някои от тях остават в нея и продължават да се въртят около атомното ядро. Именно тези електрони, както и атомите, разположени във възлите на кристалната решетка, създават електрическо съпротивление, което предотвратява движението на освободените частици.

Този процес, който описахме накратко, е типичен за всеки метал, включително медта. Естествено, различните метали, всеки от които има специална форма и размер на кристалната решетка, се противопоставят на преминаването на електрически ток през тях по различни начини. Именно тези разлики характеризират съпротивлението - индикатор, индивидуален за всеки метал.

Приложения на медта в електрически и електронни системи

За да разберете причината за популярността на медта като материал за производство на елементи от електрически и електронни системи, достатъчно е да разгледате стойността на нейното съпротивление в таблицата. За медта този параметър е 0,0175 Ohm*mm2/метър. В това отношение медта е на второ място след среброто.

Именно ниското съпротивление, измерено при температура от 20 градуса по Целзий, е основната причина днес почти нито едно електронно и електрическо устройство да не може без мед. Медта е основен материал за производството на проводници и кабели, печатни платки, електродвигатели и части за силови трансформатори.

Ниското съпротивление, с което се характеризира медта, позволява да се използва за производството на електрически устройства, характеризиращи се с високи енергоспестяващи свойства. В допълнение, температурата на медните проводници се повишава много малко, когато през тях преминава електрически ток.

Какво влияе на стойността на съпротивлението?

Важно е да се знае, че има зависимост на стойността на съпротивлението от химическата чистота на метала. Когато медта съдържа дори малко количество алуминий (0,02%), стойността на този параметър може да се увеличи значително (до 10%).

Този коефициент също се влияе от температурата на проводника. Това се обяснява с факта, че с повишаване на температурата вибрациите на металните атоми във възлите на неговата кристална решетка се засилват, което води до увеличаване на коефициента на съпротивление.

Ето защо във всички референтни таблици стойността на този параметър е дадена, като се вземе предвид температура от 20 градуса.

Как да изчислим общото съпротивление на проводник?

Познаването на съпротивлението е важно, за да се извършат предварителни изчисления на параметрите на електрическото оборудване при проектирането му. В такива случаи се определя общото съпротивление на проводниците на проектираното устройство с определен размер и форма. Като разгледате стойността на съпротивлението на проводника с помощта на референтна таблица, като определите неговите размери и площ на напречното сечение, можете да изчислите стойността на общото му съпротивление по формулата:

Тази формула използва следната нотация:

• R е общото съпротивление на проводника, което трябва да се определи;
• p е съпротивлението на метала, от който е направен проводникът (определено от таблицата);
• l е дължината на проводника;
• S е неговата площ на напречното сечение.

Електрическото съпротивление, изразено в омове, е различно от концепцията за съпротивление. За да разберем какво е съпротивление, трябва да го свържем с физичните свойства на материала.

За проводимостта и съпротивлението

Потокът от електрони не се движи безпрепятствено през материала. При постоянна температура елементарните частици се люлеят около състояние на покой. В допълнение, електроните в зоната на проводимост си взаимодействат чрез взаимно отблъскване поради подобен заряд. Така възниква съпротивата.

Проводимостта е присъща характеристика на материалите и количествено определя лекотата, с която зарядите могат да се движат, когато дадено вещество е изложено на електрическо поле. Съпротивлението е реципрочната величина на материала и описва степента на трудност, която срещат електроните, докато се движат през материал, давайки индикация колко добър или лош е проводникът.

важно!Електрическо съпротивление с висока стойност показва, че материалът е лош проводник, докато съпротивление с ниска стойност показва добър проводник.

Специфичната проводимост се обозначава с буквата σ и се изчислява по формулата:

Съпротивлението ρ, като обратен индикатор, може да се намери, както следва:

В този израз E е интензитетът на генерираното електрическо поле (V/m), а J е плътността на електрическия ток (A/m²). Тогава мерната единица ρ ще бъде:

V/m x m²/A = ом m.

За проводимостта σ единицата, в която се измерва, е S/m или Siemens на метър.

Видове материали

Според съпротивлението на материалите те могат да бъдат класифицирани в няколко вида:

1. Проводници. Те включват всички метали, сплави, разтвори, дисоциирани на йони, както и термично възбудени газове, включително плазма. Сред неметалите като пример може да се посочи графитът;
2. Полупроводници, които всъщност са непроводими материали, чиито кристални решетки са целенасочено легирани с включване на чужди атоми с по-голям или по-малък брой свързани електрони. В резултат на това в структурата на решетката се образуват квазисвободни излишни електрони или дупки, които допринасят за проводимостта на тока;
3. Диелектрици или дисоциирани изолатори са всички материали, които при нормални условия нямат свободни електрони.

За пренос на електрическа енергия или в електрически инсталации за битови и индустриални цели, често използван материал е медта под формата на едножилни или многожилни кабели. Алтернативен метал е алуминият, въпреки че съпротивлението на медта е 60% от това на алуминия. Но той е много по-лек от медта, което предопредели използването му в електропроводи на мрежи с високо напрежение. Златото се използва като проводник в електрически вериги със специално предназначение.

интересноЕлектрическата проводимост на чистата мед е приета от Международната електротехническа комисия през 1913 г. като стандарт за тази стойност. По дефиниция проводимостта на медта, измерена при 20°, е 0,58108 S/m. Тази стойност се нарича 100% LACS, а проводимостта на останалите материали се изразява като определен процент от LACS.

Повечето метали имат стойност на проводимостта под 100% LACS. Има обаче изключения, като сребро или специална мед с много висока проводимост, обозначени съответно C-103 и C-110.

Диелектриците не провеждат електричество и се използват като изолатори. Примери за изолатори:

• стъклена чаша,
• керамика,
• пластмаса,
• каучук,
• слюда,
• восък,
• хартия,
• сухи дърва,
• порцелан,
• някои мазнини за промишлени и електрически цели и бакелит.

Между трите групи преходите са плавни. Известно е със сигурност: няма абсолютно непроводими медии и материали. Например въздухът е изолатор при стайна температура, но когато е изложен на силен нискочестотен сигнал, може да стане проводник.

Определяне на проводимостта

Когато се сравнява електрическото съпротивление на различни вещества, са необходими стандартизирани условия на измерване:

1. В случай на течности, лоши проводници и изолатори се използват кубични проби с дължина на ръба 10 mm;
2. Стойностите на съпротивлението на почвите и геоложките образувания се определят на кубчета с дължина на всеки ръб 1 m;
3. Проводимостта на разтвора зависи от концентрацията на неговите йони. Концентрираният разтвор е по-малко дисоцииран и има по-малко носители на заряд, което намалява проводимостта. С увеличаване на разреждането броят на йонните двойки се увеличава. Концентрацията на разтворите е настроена на 10%;
4. За определяне на съпротивлението на метални проводници се използват проводници с дължина метър и напречно сечение 1 mm².

Ако материал, като метал, може да осигури свободни електрони, тогава, когато се приложи потенциална разлика, електрически ток ще тече през жицата. С увеличаването на напрежението повече електрони се движат през веществото в единицата време. Ако всички допълнителни параметри (температура, площ на напречното сечение, дължина и материал на проводника) са непроменени, тогава съотношението на тока към приложеното напрежение също е постоянно и се нарича проводимост:

Съответно електрическото съпротивление ще бъде:

Резултатът е в омове.

От своя страна проводникът може да бъде с различна дължина, размер на напречното сечение и изработен от различни материали, което определя стойността на R. Математически тази връзка изглежда така:

Материалният фактор отчита коефициента ρ.

От тук можем да изведем формулата за съпротивление:

Ако стойностите на S и l съответстват на дадените условия за сравнително изчисляване на съпротивлението, т.е. 1 mm² и 1 m, тогава ρ = R. Когато размерите на проводника се променят, броят на омите също се променя.