Яка фіз величина визначається добутком електричного опору. Електричний опір

На малюнку 33 зображено електричний ланцюг, до якого включено панель з різними провідниками. Ці провідники відрізняються один від одного матеріалом, а також довжиною та площею поперечного перерізу. Підключаючи по черзі ці провідники і спостерігаючи за показаннями амперметра, можна помітити, що при тому самому джерелі струму сила струму в різних випадках виявляється різною. Зі збільшенням довжини провідника та зменшенням його перерізу сила струму в ньому стає меншою. Зменшується вона і при заміні нікелінового дроту дротом такої ж довжини та перерізу, але виготовленого з ніхрому. Це означає, що різні провідники надають різну протидію струму. Протидія це виникає через зіткнення носіїв струму із зустрічними частинками речовини.

Фізична величина, що характеризує протидію, що чиниться провідником електричного струму, позначається буквою R і називається електричним опором(або просто опором) провідника:

R – опір.

Одиниця опору називається омом(Ом) на честь німецького вченого Г. Ома, який уперше ввів це поняття у фізику. 1 Ом - це опір такого провідника, в якому при напрузі 1 В сила струму дорівнює 1 А. При опорі 2 Ом сила струму при тій же напрузі буде в 2 рази менше, при опорі 3 Ом - в 3 рази менше і т.д.

Насправді зустрічаються й інші одиниці опору, наприклад кілом (кОм) і мегаом (МОм):

1 ком = 1000 Ом, 1 МОм = 1 000 ТОВ Ом.

Опір однорідного провідника постійного перерізу залежить від матеріалу провідника, його довжини l та площі поперечного перерізу S і може бути знайдено за формулою

R = ρl/S (12.1)

де ρ - питомий опір речовини, З якого виготовлений провідник.

Питомий опірречовини - це фізична величина, що показує, яким опором має зроблений із цієї речовини провідник одиничної довжини та одиничної площі поперечного перерізу.

З формули (12.1) випливає, що

Оскільки СІ одиницею опору є 1 Ом, одиницею площі 1 м 2 , а одиницею довжини 1 м, то одиницею питомого опору СІ буде

1 Ом · м 2 / м, або 1 Ом · м.

Насправді площу перерізу тонких проводів часто виражають у квадратних міліметрах (мм 2). І тут зручнішою одиницею питомого опору є Ом·мм 2 /м. Так як 1 мм 2 = 0,000001 м 2 то

1 Ом · мм 2 / м = 0,000001 Ом · м.

У різних речовин питомі опори різні. Деякі їх наведено у таблиці 3.

Наведені у цій таблиці значення відповідають температурі 20 °З. (Зі зміною температури опір речовини змінюється.) Наприклад, питомий опір заліза дорівнює 0,1 Ом · мм 2 /м. Це означає, що якщо виготовити із заліза провід з площею перерізу 1 мм 2 і довжиною 1 м, то при температурі 20 ° С він матиме опір 0,1 Ом.

З таблиці 3 видно, що найменший питомий опір мають срібло та мідь. Отже, ці метали є найкращими провідниками електрики.

З тієї ж таблиці видно, що, навпаки, такі речовини, як порцеляна і ебоніт, мають дуже великий питомий опір. Це і дозволяє використовувати їх як ізолятори.

1. Що характеризує та як позначається електричний опір? 2. За якою формулою перебуває опір провідника? 3. Як називається одиниця опору? 4. Що свідчить питомий опір? Якою літерою воно позначається? 5. У яких одиницях вимірюють питомий опір? 6. Є два провідники. У якого з них більший опір, якщо вони: а) мають однакову довжину та площу перерізу, але один з них зроблений із константану, а інший – із фехралю; б) зроблені з однієї й тієї ж речовини, мають однакову товщину, але одна з них у 2 рази довша за іншу; в) зроблені з однієї й тієї ж речовини, мають однакову довжину, але одна з них у 2 рази тонша за іншу? 7. Провідники, що розглядаються в попередньому питанні, по черзі підключають до одного й того джерела струму. У якому разі сила струму буде більшою, у якому менше? Проведіть порівняння для кожної пари провідників, що розглядаються.

Зібравши електричний ланцюг, що складається з джерела струму, резистора, амперметра, вольтметра, ключа, можна показати, що сила струму (I ), що протікає через резистор, прямо пропорційна напрузі ( U ) на його кінцях: I - U . Відношення напруги до сили струму U/I - є величина постійна.

Отже, існує фізична величина, що характеризує властивості провідника (резистора), яким тече електричний струм. Цю величину називають електричним опоромпровідника, чи просто опором. Позначається опір буквою R .

(R) – це фізична величина, що дорівнює відношенню напруги ( U ) на кінцях провідника до сили струму ( I ) в ньому. R = U/I . Одиниця виміру опору – Ом (1 Ом).

Один Ом- опір такого провідника, в якому сила струму дорівнює 1А при напрузі на кінцях 1В: 1 Ом = 1 В/1 А.

Причина того, що провідник має опір, полягає в тому, що спрямований рух електричних зарядів у ньому перешкоджають іони кристалічних ґрат , що здійснюють безладний рух. Відповідно швидкість спрямованого руху зарядів зменшується.

Питомий електричний опір

р - це величина, що характеризує матеріал, з якого виготовлений провідник. Вона називається питомим опором провідника, її значення дорівнює опору провідника завдовжки 1 мта площею поперечного перерізу 1 м 2.

Одиницею питомого опору провідника є: [р] = 1 0м 1 м 2 / 1 м. Часто площа поперечного перерізу вимірюють у мм 2, тому в довідниках значення питомого опору провідника наводяться як у Ом мтак і в Ом мм 2/м.

Змінюючи довжину провідника, отже його опір, можна регулювати силу струму ланцюга. Прилад, за допомогою якого це можна зробити, називається реостатом.

Опір провідника – здатність матеріалу перешкоджати протіканню електричного струму. Включно з випадком скін-ефекту змінних високочастотних напруг.

Фізичні визначення

Матеріали діляться класами відповідно до питомого опору. Розглянута величина - опір - вважається ключовою, дозволить виконати градацію всіх речовин, що зустрічаються в природі:

1. Провідники – матеріали з питомим опором до 10 мкОм м. Стосується більшості металів, графіту.
2. Діелектрики - питомий опір 100 МОм м - 10 ПОм м. Приставка Пета використовується в контексті п'ятнадцятого ступеня десятки.
3. Напівпровідники – група електротехнічних матеріалів із питомим опором у діапазоні від провідників до діелектриків.

Питомим опір називається, дозволяючи охарактеризувати параметри відрізу дроту завдовжки 1 метр, площею 1 квадратний метр. Найчастіше цифрами користуватися незручно. Перетин реального кабелю набагато менший. Наприклад, для ПВ-3 площа становить десятки міліметрів. Розрахунок полегшується, якщо користуватися одиницями Ом кв.мм/м (див. рис.).

Питомий опір металів

Питомий опір позначається грецькою буквою «ро», щоб одержати показника опору величину домножимо на довжину, розділивши площу зразка. Переклад між стандартними одиницями виміру Ом м найчастіше використовуваними до розрахунку показує: взаємозв'язок встановлюється через шосту ступінь десятки. Іноді вдасться знайти серед табличних значень відомості щодо питомого опору міді:

• 168 мкОм м;
• 0,00175 Ом кв. мм/м.

Легко переконатись, цифри розходяться приблизно на 4%, переконайтеся, виконавши приведення одиниць. Значить, цифри наводяться сортаменту міді. За потреби точних обчислень питання уточнюється додатково, окремо. Відомості про питомий опір зразка одержують суто досвідченим шляхом. Відріз дроту з відомим перетином, довжиною приєднується до контактів мультиметра. Для отримання відповіді потрібно показання розділити на протяжність зразка, домножити площею перерізу. У тестах потрібно вибирати зразок довше, скоротивши до мінімуму похибку. Значна частина тестерів наділена недостатньою точністю отримання придатних значень.

Отже, тим, хто боїться фізиків, зневірився освоїти китайські мультиметри працювати з питомим опором незручно. Набагато простіше взяти готовий відріз (більшої довжини), оцінити параметр повного шматка. Насправді частки Ома грають малу роль, зазначені дії виконуються з метою оцінки втрат. Безпосередньо визначені активним опором ділянки ланцюга і квадратично залежать від струму. Враховуючи сказане, відзначимо: провідники в електротехніці прийнято поділяти на дві категорії:

1. Матеріали високої провідності та високого опору. Перші застосовуються до створення кабелів, другі – опорів (резисторів). У таблицях немає чіткого розмежування, враховується практичність. Срібло з низьким опором для створення дротів зовсім не застосовують, для контактів приладів – рідко. З очевидних причин.
2. Сплави з високою пружністю застосовуються для створення гнучких струмонесучих частин: пружин, робочих частин контакторів. Опір зазвичай має бути мінімальним. Зрозуміло, для цих цілей докорінно непридатна звичайна мідь, якій притаманна велика міра пластичності.
3. Сплави з високим чи низьким температурним коефіцієнтом розширення. Перші є основою створення біметалічних пластин, структурно службовців основою. Другі утворюють групу інварних сплавів. Часто потрібні, де важлива геометрична форма. У власників нитки (заміна дорогого вольфраму) та вакуумщільних спаїв на стику зі склом. Але ще частіше інварні сплави жодного відношення до електрики не мають, використовуються у складі верстатів, приладів.

Формула зв'язку питомого опору з омічним

Фізичні основи електропровідності

Опір провідника визнано величиною, зворотної електропровідності. У сучасній теорії не встановлено досконально, як відбувається процес утворення струму. Фізики часто упиралися в стіну, спостерігаючи явище, яке ніяк не могло бути пояснено з точки позицій концепцій, що раніше висувалися. Сьогодні домінуючою вважається зонна теорія. Потрібно навести короткий екскурс розвитку уявлень про будову речовини.

Спочатку передбачалося: речовина представлена ​​субстанцією, позитивно зарядженою, в ній плавають електрони. Так вважав відомий лорд Кельвін (уроджений Томсон), на честь якого названа одиниця виміру абсолютної температури. Вперше зробив припущення про планетарну структуру атомів Резерфорда. Теорія, висунута в 1911 році, була споруджена на факті відхилення альфа-випромінювання речовинами з великою дисперсією (окремі частинки змінювали кут польоту на значну величину). На основі існуючих передумов автор уклав: позитивний заряд атома зосереджений у середині малої області простору, яку назвали ядром. Факт окремих випадків сильного відхилення кута польоту викликаний тим, що шлях частинки пролягав у безпосередній близькості від ядра.

Так встановлено межі геометричних розмірів окремих елементів та для різних речовин. Зробили висновок, що діаметр ядра золота укладається областю 3 пм (піко - приставка до негативного дванадцятого ступеня десятки). Подальший розвиток теорії будови речовин виконав Бор у 1913 році. На основі спостереження поведінки іонів водню зробив висновок: заряд атома становить одиницю, було визначено масу, що становила приблизно одну шістнадцяту вагу кисню. Бор висловив припущення: електрон утримується силами тяжіння, визначеними Кулоном. Отже, щось утримує від падіння на ядро. Бор припустив, винна відцентрова сила, що виникає при обертанні частки орбітою.

Важливу поправку до макета зробив Зоммерфельд. Допустив еліптичність орбіт, ввів два квантові числа, що описують траєкторію - n і k. Бор зауважив: теорія Максвелла для моделі зазнає краху. Рухаюча частка повинна породжувати у просторі магнітне поле, тоді поступово електрон впав би на ядро. Отже, доводиться допустити: існують орбіти, у яких випромінювання енергії у простір немає. Легко помітити: припущення суперечать одне одному, вкотре нагадуючи: опір провідника, як фізичну величину, сьогодні нездатні пояснити фізики.

Чому? Зонна теорія вибрала базисом постулати Бора, які свідчать: положення орбіт дискретні, обчислюються заздалегідь, геометричні параметри пов'язані деякими співвідношеннями. Висновки вченого довелося доповнити хвильовою механікою, оскільки зроблені математичні моделі безсилі виявились пояснити деякі явища. Сучасна теорія каже: для кожної речовини передбачено у стані електронів три зони:

1. Валентна зона електронів, міцно пов'язаних із атомами. Потрібна велика енергія – розірвати зв'язок. Електрони валентної зони у провідності не беруть участі.
2. Зона провідності, електрони у разі виникнення у речовині напруженості поля утворюють електричний струм (упорядкований рух носіїв заряду).
3. Заборонена зона – область енергетичних станів, де електрони за нормальних умов перебувати що неспроможні.

Незрозумілий досвід Юнга

Відповідно до зонної теорії, у провідника зона провідності перекривається валентною. Утворюється електронна хмара, що легко захоплюється напруженістю електричного поля, утворюючи струм. Тому опір провідника має настільки мале значення. Причому вчені докладають марних зусиль пояснити, що є електрон. Відомо тільки: елементарна частка проявляє хвильові та корпускулярні властивості. Принцип невизначеності Гейзенберга ставить факти на місця: не можна з ймовірністю 100% одночасно визначити місцезнаходження електрона та енергію.

Що ж до емпіричної частини, вченими помічено: досвід Юнга, зроблений з електронами, дає цікавий результат. Вчений пропускав потік фотонів через дві близькі щілини щита, виходила інтерференційна картина, складена поруч смуг. Запропонували зробити тест з електронами, стався колапс:

1. Якщо електрони проходять пучком, минаючи дві щілини, утворюється інтерференційна картина. Відбувається, ніби рухаються фотони.
2. Якщо електрони вистрілювати по одному, нічого не змінюється. Отже... одна частка відбивається сама від себе, існує відразу в декількох місцях?
3. Тоді почали намагатися зафіксувати момент проходження електроном площини щита. І… інтерференційна картина зникла. Залишилися дві плями навпроти щілин.

Ефект безсили пояснити з наукової точки зору. Виходить, електрони «здогадуються» про проведене спостереження, перестають виявляти хвильові властивості. Показує обмеженість сучасних уявлень фізики. Добре, якби цим можна було задовольнитись! Черговий чоловік науки запропонував вести спостереження за частинками, коли вони вже пройшли крізь щілину (летіли у напрямі). І що ж? Знову електрони перестали виявляти хвильові властивості.

Виходить, елементарні частинки повернулися у часі. У той час, коли проходили щілину. Проникли в таємницю майбутнього, дізнавшись, чи вестиметься спостереження. Залежно від факту скоригували поведінку. Зрозуміло, відповідь не може бути потраплянням до яблучка. Загадка чекає на дозвіл до цього дня. До речі, теорію Ейнштейна, висунуту на початку XX століття, тепер спростовано: знайдено частинки, швидкість яких перевищує світлову.

Як утворюється опір провідників

Сучасні погляди свідчать: вільні електрони переміщаються провідником зі швидкістю близько 100 км/с. Під дією дрейф, що виникає всередині поля, впорядковується. Швидкість переміщення носіїв уздовж ліній напруженості мала, становить одиниці сантиметрів за хвилину. У ході руху електрони стикаються з атомами кристалічних ґрат, деяка частка енергії перетворюється на тепло. І міру цього перетворення прийнято називати опором провідника. Чим вище, тим більше електричної енергії перетворюється на тепло. На цьому ґрунтується принцип дії обігрівачів.

Паралельно контексту йде чисельне вираження провідності матеріалу, що можна побачити малюнку. Для отримання опору належить одиницю розділити на вказане число. Хід подальших перетворень розглянуто вище. Видно, що опір залежить від параметрів - температурний рух електронів і довжина їх вільного пробігу, що прямо призводить до будови кристалічної решітки речовини. Пояснення – опір провідників відрізняється. У міді менше алюмінію.

Настала черга дізнатися, що таке опір. Уявіть собі тепер уже звичайні кристалічні грати. Так ось ... Чим щільнішими будуть кристали розташовані один до одного, тим більше в них затримуватиметься зарядів. Значить, кажучи простою мовою – тим більше опір металу. До речі, опір будь-якого звичайного металу можна на якийсь час збільшити, нагріваючи його. «Чому?», - Запитайте. Та тому, що при нагріванні атоми металу починають посилено коливатися біля свого закріпленого зв'язками положення. Тому заряди, що рухаються, частіше стикатимуться з атомами, а значить частіше і більше затримуватимуться у вузлах кристалічної решітки. На рис.1 наведена наочна схема-складання, так би мовити для «непосвячених», де відразу видно, як виміряти напругу на опорі. Так само можна виміряти напругу і на лампочці. До речі, якщо, як видно з малюнка, наша батарея має напругу, припустимо, 15В(Вольт), а опір такий, що на ньому «осідає» 10В, то 5В, що залишилися, припадуть на лампочку.

Так виглядає закон Ома для замкненого ланцюга.

Якщо не вдаватися до подробиць, то цей закон говорить про те, що напруга джерела живлення дорівнює сумі падінь напруги на всіх його ділянках. Тобто. у разі, 15В = 10В + 5В. Але ... якщо все ж таки трошки вникнути в подробиці, то потрібно знати, що те, що ми називали напругою батареї, є не що інше як її значення при підключеному споживачі (у нашому випадку - це лампочка + опір). Якщо лампочку з опором від'єднати і виміряти значення напруги на батареї, воно виявиться дещо більше 15В. Це буде напруга холостого ходу і «обзивається» воно ЕРС батареї – електрорушійна сила. Насправді схема працюватиме як показано на рис.2. Насправді батарею можна як якусь іншу батарею з напругою, припустимо, 16В, що має деякий внутрішній опір Rвн. Значення цього опору обмаль і обумовлено технологічними особливостями виготовлення. З малюнка видно, що з підключеному навантаженні частина напруги батареї «осяде» з її внутрішньому опорі і її виході вже не 16В, а 15В, тобто. 1В «поглинеться» її внутрішнім опором. І тут також спрацює закон Ома для замкненого ланцюга. Сума напруги на всіх ділянках ланцюга виявиться рівною ЕРС батареї. 16В = 1В + 10В + 5В. Одиницею виміру опору є величина, звана Ом. Названо її так на честь німецького фізикаГеорга Симона Ом, який цими роботами і займався. 1Ом дорівнює електричному опору провідника (їм може, наприклад, і лампочка бути) між кінцями якого виникає напруга 1 вольт при силі постійного струму 1 ампер. Для визначення опору лампи необхідно заміряти на ній напругу та виміряти струм у ланцюгу (див. рис.5). Потім отримане значення напруги розділити на значення струму (R=U/I). Опори в електричних ланцюгах можуть з'єднуватися послідовно (кінець першого з початком другого - в даному випадку їх можна довільно позначити) і паралельно (початок з початком, кінець з кінцем - і в даному випадку їх можна позначити довільно). Розглянемо обидва випадки з прикладу лампочек - їх нитки розжарення складаються їх вольфраму, тобто. являють собою опір. Випадок послідовного з'єднання показано на рис.3.

Вийшла всім відома (а, отже, вважатимемо і зрозуміла-гірлянда). При такому з'єднанні струм I буде всюди однаковий незалежного від того, що це однакові лампи на одну і ту ж напругу або на різні. Треба відразу обмовитися, що однаковими вважаюсь лампи, на яких:

1. вказані одна напруга і струм (подібно лампочкам від кишенькового ліхтаря);
2. вказані одна напруга і потужність (подібно лампам освітлення).

Напруга U джерела живлення у разі «розкидається» за всіма лампами, тобто. U = U1 + U2 + U3. При цьому, якщо лампи однакові - на них напруга буде однаковою. Якщо лампи не однакові, то залежно від опору кожної лампи. У першому випадку напруга кожної лампі можна легко обчислити, розділивши напругу джерела загальну кількість ламп. У другому випадку треба покопатись у обчисленнях. Усе це ми розглянемо завдання цього розділу. Отже, ми з'ясували, що при послідовному з'єднанні провідників (в даному випадку - ламп) напруга U на кінцях всього ланцюга дорівнює сумі напруг послідовно включених провідників (ламп) - U = U1 + U2 + U3. За законом Омадля ділянки ланцюга: U1 = I * R1, U2 = I * R2, U3 = I * R3, U = I * R де R1 - опір нитки першої лампи (провідника), R2 - другий і R3 - третьої, R - повний опір всіх ламп. Замінивши у виразі U = U1 + U2 + U значення U на I * R, U1 на I * R1, U2 на I * R2, U3 на I * R3, отримаємо I * R = I * (R1 + R2 + R3 ). Звідси R = R1+R2+R3. Висновок: при послідовному з'єднанні провідників їх загальний опір дорівнює сумі опорів усіх провідників. Зробимо висновок: послідовне включення застосовується для кількох споживачів (наприклад, ламп новорічної гірлянди) з напругою живлення меншим за напругу джерела.

Випадок паралельного з'єднання провідників показано на рис.4.

При паралельному з'єднанні провідників їх початку та кінці мають спільні точки підключення до джерела. При цьому напруги на всіх лампах (провідниках) однаково незалежно від того, яка з них і на яку напругу розрахована, вони безпосередньо підключені до джерела. Звичайно, якщо лампа на меншу напругу, ніж джерело напруги - вона перегорить. І це струм I дорівнюватиме сумі струмів переважають у всіх лампах, тобто. I = I1 + I2 + I3. І лампи можуть бути різної потужності - кожна братиме той струм, на який розрахована. Це можна зрозуміти, якщо замість джерела уявити розетку з напругою 220В, а замість ламп - підключені до неї, наприклад, праска, настільна лампа та зарядний пристрій від телефону. Опір кожного приладу у такому ланцюзі визначається розподілом його напруги струм, що його споживає… знов-таки за законом Ома для ділянки ланцюга, тобто.

Відразу викладемо те що, що є величина, зворотна опору і називається вона - провідність. Позначається вона Y. У системі СІ позначається як См (Сіменс). Зворотний опір означає, що

Не вдаючись у математичні висновки, відразу скажемо, що з паралельному з'єднанні провідників(чи лампи, праски, мікрохвильові печі чи телевізори) величина, зворотна загальному опору, дорівнює сумі величин, зворотних опорам всіх паралельно включених провідників, тобто.

Враховуючи що

Іноді у завданнях пишуть Y = Y1 + Y2 + Y3. Це одне і теж. Є також зручніша формула для знаходження загального опору двох паралельно включених опорів. Виглядає вона так:

Зробимо висновок: паралельний спосіб увімкнення застосовується для підключення ламп освітлення та побутових електроприладів до електричної мережі.

Як з'ясували, зіткнення вільних електронів у провідниках з атомами кристалічних ґрат гальмують їх поступальний рух… Це протидія спрямованому руху вільних електронів, тобто. постійному струму становить фізичну сутність опору провідника. Аналогічний механізм опору постійному струму в електролітах та газах. Провідні властивості матеріалу визначають його об'ємний питомий опір ρv, що дорівнює опору між протилежними сторонами куба з ребром 1м, виготовленого з даного матеріалу. Величина зворотна об'ємному питому опору, називається об'ємною питомою провідністю і дорівнює γ = 1/ρv. Одиницею об'ємного опору служить 1Ом*м, об'ємної питомої провідності – 1См/м. Опір провідника постійному струму залежить від температури. У випадку спостерігається досить складна залежність. Але при змінах температури відносно вузьких межах (приблизно 200°С) її можна виразити формулою:

де R2 та R1 - опори відповідно при температурах Т1 та Т2; α - температурний коефіцієнт опору, що дорівнює відносної зміни опору при зміні температури на 1°С.

Важливі поняття

Електротехнічний пристрій, що має опір і застосовується для обмеження струму, називається резистором. Регульований резистор (тобто є можливість змінювати його опір) називається реостатом.

p align="justify"> Резистивними елементами називаються ідеалізовані моделі резисторів і будь-яких інших електротехнічних пристроїв або їх частин, що чинять опір постійному струму незалежно від фізичної природи цього явища. Вони застосовуються при складанні схем заміщення ланцюгів та розрахунках їх режимів. При ідеалізації нехтують струмами через ізолюючі покриття резисторів, каркаси дротяних реостатів тощо.

Лінійний резистивний елемент є схемою заміщення будь-якої частини електротехнічного пристрою, в якій пропорційний струм напрузі. Його параметром є опір R = const. R = const означає, що значення опору незмінно (const означає постійна).
Якщо залежність струму від напруги нелінійна, то схема заміщення містить нелінійний резистивний елемент, який визначається нелінійною ВАХ (вольт-амперною характеристикою) I(U) - читається як «І від У». На рис.5 наведено вольт-амперні характеристики лінійного (лінія а) та нелінійного (лінія б) резистивних елементів, а також їх позначення на схмах заміщення.

Під електричним опором розуміється будь-яка протидія, яка виявляє струм під час проходження через замкнутий контур, ослаблення чи гальмування вільного потоку електричних зарядів.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Вимірювання опору мультиметром" width="600" height="490">!}

Вимір опору мультиметром

Фізичне поняття опору

Електрони при проходженні струму циркулюють у провіднику організованим чином відповідно до опору, з яким вони стикаються на своєму шляху. Чим менша ця опірність, тим більший існуючий порядок у мікросвіті електронів. Але коли опір висока, вони починають стикатися один з одним і виділяти теплову енергію. У зв'язку з цим, температура провідника завжди трохи підвищується, на більшу величину, ніж вище електрони, знаходять протидії своєму руху.

Використовувані матеріали

Всі відомі метали мають більшу або меншу стійкість до проходження струму, включаючи кращі провідники. Найменшу опірність мають золото і срібло, але вони дорогі, тому матеріал, що найчастіше використовується - мідь, що має високу електропровідність. У менших масштабах застосовується алюміній.

Найбільша стійкість до проходження струму у ніхромному дроті (сплав нікелю (80%) та хрому (20%)). Вона широко застосовується у резисторах.

Іншим широко використовується резисторним матеріалом є вугілля. З нього фіксовані опори та реостати виготовляються для використання в електронних схемах. Фіксовані резистори та потенціометри застосовуються для регулювання значень струму та напруги, наприклад, при контролі гучності та тону аудіопідсилювачів.

Розрахунок опорів

Для обчислення величини навантажувального опору формулу, виведену із закону Ома, використовують як основну, якщо відомі значення струму та напруги:

Одиницею виміру є Ом.

Для послідовного з'єднання резисторів загальний опір знаходиться шляхом підсумовування окремих значень:

R = R1 + R2 + R3 + ….

При паралельному з'єднанні використовується вираз:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

А як знайти електричний опір для дроту, враховуючи його параметри та матеріал виготовлення? І тому існує інша формула опору:

R = ρ х l/S, де:

• l – довжина дроту,
• S – розміри його поперечного перерізу,
• ρ – питомий об'ємний опір матеріалу дроту.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-1-600x417.png?.png 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/2-1-768x533..png 792w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Формула опору

Геометричні розміри дроту можна виміряти. Але щоб розрахувати опір за цією формулою, треба знати коефіцієнт ρ.

Важливо!Значення уд. об'ємного опору вже розраховані для різних матеріалів та зведені до спеціальних таблиць.

Значення коефіцієнта дозволяє порівнювати опір різних типів провідників при заданій температурі відповідно до їх фізичних властивостей без урахування розмірів. Це можна проілюструвати на прикладах.

Приклад розрахунку електроопору мідного дроту, довжиною 500 м:

1. Якщо розміри перерізу дроту невідомі, можна виміряти його діаметр штангенциркулем. Допустимо, це 1,6 мм;
2. При розрахунках площі перерізу використовується формула:

Тоді S = 3,14 х (1,6/2)? = 2 мм?;

1. За таблицею знайшли значення для міді, що дорівнює 0,0172 Ом х м/мм²;
2. Тепер електроопір провідника, що розраховується, буде:

R = ρ х l/S = 0,0172 х 500/2 = 4,3 Ом.

Інший приклад– ніхромовий дріт перерізом 0,1 мм², довжиною 1 м:

1. Показник ρ для ніхрому – 1,1 Ом х м/мм²;
2. R = ρ х l/S = 1,1 х 1/0,1 = 11 Ом.

На двох прикладах наочно видно, що ніхромовий дріт метрової довжини і перетином, у 20 разів меншим, має електричний опір у 2,5 рази більше, ніж 500 метрів мідного дроту.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-6-768x381..jpg 960w "sizes="

Питомий опір деяких металів

Важливо!На опір впливає температура, зі зростанням якої воно збільшується і, навпаки, зменшується зі зниженням.

Імпеданс

Імпеданс – більш загальний термін опору, що враховує реактивне навантаження. Розрахунок опору в контурі змінного струму полягає у обчисленні імпедансу.

У той час як резистор створює активний опір для вирішення певних завдань, реактивна складова є невдалим побічним продуктом деяких компонентів електроланцюга.

Два типи реактивного опору:

1. Індуктивний. Створюється котушками. Формула розрахунку:

X (L) = 2π x f x L, де:

• f – частота струму (Гц),
• L - індуктивність (Гн);

1. Ємнісне. Створюється конденсаторами. Розраховується за формулою:

X (C) = 1/(2π x f x C),

де З – ємність (Ф).

Як і активний аналог, реактивний опір виражається в омах і обмежує потік струму через контур. Якщо в ланцюзі є і ємність, і котушка індуктивності, то загальний опір дорівнює:

X = X (L) - X (C).

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-3.jpg 622w" sizes="

Активний, індуктивний та ємнісний опір

Важливо!З формул реактивного навантаження випливають цікаві особливості. Зі збільшенням частоти змінного струму та індуктивності зростає X(L). І, навпаки, що вище частоти і ємність, то менше X (З).

Знаходження імпедансу (Z) не є простим складанням активної та реактивної складових:

Z = √ (R + X²).

Приклад 1

Котушка в контурі зі струмом промислової частоти має активний опір 25 Ом та індуктивність 0,7 Гн. Обчислити імпеданс можна:

1. X(L) = 2π x f x L = 2 х 3,14 х 50 х 0,7 = 218,45 Ом;
2. Z = √ (R ² + X (L) ²) = √ (25 ² + 218,45 ²) = 219,9 Ом.

tg φ = X (L) / R = 218,45/25 = 8,7.

Кут φ приблизно дорівнює 83 градуси.

Приклад 2

Є конденсатор ємністю 100 мкФ та внутрішнім опором 12 Ом. Обчислити імпеданс можна:

1. X(C) = 1/(2π x f x C) = 1/2 х 3,14 х 50 х 0, 0001 = 31,8 Ом;
2. Z = √ (R ² + X (С) ²) = √ (12 ² + 31,8 ²) = 34 Ом.

В інтернеті можна знайти калькулятор онлайн для спрощення обчислення опорів та імпедансу всієї електроланцюги або її ділянок. Там потрібно просто вести свої розрахункові дані та зафіксувати результати розрахунку.

Відео