Этот сайт никак не мог обойтись без статьи про сопротивление. Ну никак! Есть в электронике самое фундаментальное понятие, которое является к тому же физическим свойством. Ты наверно уже знаком с вот этими друзьями:
Сопротивление -- это свойство материала мешать потоку электронов. Материал как бы сопротивляется, препятствует этому потоку, как паруса фрегата сильному ветру!
В мире практически всё имеет свойство сопротивляться: воздух сопротивляется потоку электронов, вода тоже сопротивляется потоку электронов, но они всё равно проскальзывают. Медные провода тоже сопротивляются потоку электронов, но лениво. Так что они очень хорошо пропускают такой поток.
Не имеют сопротивления только сверхпроводники, но это уже другая история, так как раз у них нет сопротивления, то сегодня они нам не интересны.
Кстати, поток электронов -- это и есть электрический ток. Формальное определение более педантичное, так что ищи его сам в такой же сухой книге.
И да, электроны между собой взаимодействуют. Сила такого взаимодействия измеряется в Вольтах и называется напряжением. Скажешь, что странно звучит? Да ничего странного. Электроны напрягаются и двигают другие электроны с усилием. Несколько по-деревенски, зато понятен основной принцип.
Осталось упомянуть про мощность. Мощность - это когда ток, напряжение и сопротивление собираются за одним столом и начинают работать. Тогда и появляется мощность -- энергия, которую теряют электроны, проходя через сопротивление. Кстати:
I = U/R P = U * I
Есть у тебя, к примеру, лампочка на 60Вт с проводом. Втыкаешь её в розетку на 220В. Что дальше? Лампочка оказывает потоку электронов с потенциалом в 220В некоторое сопротивление. Если сопротивление слишком мало -- бум, сгорела. Если слишком большое -- нить накала будет светиться очень слабо, если вообще будет. А вот если оно будет "в самый раз", тогда лампочка скушает 60Вт и превратит эту энергию в свет и тепло.
Тепло при этом побочный эффект и называется "потерей" энергии, так как вместо того, что бы светить ярче лампочка тратит энергию на нагрев. Пользуйтесь энергосберегающими лампами! Кстати, провод тоже обладает сопротивлением и если поток электронов будет слишком большим, то он также нагреется до заметной температуры. Тут можно предложить почитать заметку про то, зачем спользуются высоковольтные линии
Уверен, теперь ты понимаешь о сопротивлении больше. При этом мы не свалились в детали подобные удельному сопротивлению материала и формулы типа
где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м, l — длина проводника, м, а S — площадь сечения, м².
Немного анимашек для полноты картины
И наглядно о том, как поток электронов меняется от в зависимости от температуры проводника и его толщины
 |
 |
 |
Или электрической цепи электрическому току .
Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности R между напряжением U и силой постоянного тока I в законе Ома для участка цепи .
Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом (1 Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А .
Удельное сопротивление.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и поперечного сечения S и может быть определено по формуле:
где ρ - удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.
Удельное сопротивление вещества — это физическая величина , показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.
Из формулы следует, что
Величина, обратная ρ , называется удельной проводимостью σ :
Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом. единицей площади 1 м 2 , а единицей длины 1 м , то единицей удельного сопротивления в СИ будет 1 Ом· м 2 /м, или 1 Ом·м. Единица удельной проводимости в СИ — Ом -1 м -1 .
На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм 2) . В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм 2 /м. Так как 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то 1 Ом·мм 2 /м = 10 -6 Ом·м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка (1·10 -2) Ом·мм 2 /м, диэлектрики — в 10 15 -10 20 большим.
Зависимость сопротивлений от температуры.
С повышением температуры сопротивление металлов возрастает. Однако существуют сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры (например, константан, манганин и др.). Сопротивление же электролитов с повышением температуры уменьшается.
Температурным коэффициентом сопротивления проводника называется отношение величины изменения сопротивления проводника при нагревании на 1 °С к величине его сопротивления при 0 ºС:
.
Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры выражается формулой:
.
В общем случае α зависит от температуры, но если интервал температур невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным. Для чистых металлов α = (1/273)К -1 . Для растворов электролитов α < 0 . Например, для 10% раствора поваренной соли α = -0,02 К -1 . Для константана (сплава меди с никелем) α = 10 -5 К -1 .
Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в термометрах сопротивления.
Электри́ческое сопротивле́ние - физическая величина , характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока , протекающего по нему .
Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления . Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.
Сопротивление (часто обозначается буквой R или r ) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как
R = U I , {\displaystyle R={\frac {U}{I}},} R - сопротивление, Ом; U - разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В; I - сила тока , протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ 8 кл - 129. Работа и мощность электрического тока
✪ Урок 358. Активное сопротивление в цепи переменного тока. Действующее значение тока и напряжения
✪ Урок 305. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость.
✪ Урок 296. Температурная зависимость сопротивления металлов. Сверхпроводимость
✪ 8 кл - 110. Электрическая цепь и ее составные части
Субтитры
Единицы и размерности
- статом (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 statΩ = (10 9 −2) /см = 898 755 178 736,818 Ом (точно) ≈ 8,98755·10 11 Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 статвольт течёт ток 1 статампер );
- абом (в СГСМ, 1 abΩ = 1·10 −9 Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 абвольт течёт ток 1 абампер ).
Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна TL −1 (то есть совпадает с размерностью обратной скорости , с/см), в СГСМ - LT −1 (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с) .
Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность , единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом −1), в системе СГСЭ (и гауссовой) статсименс и в СГСМ - абсименс .
Физика явления
Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока - электронов проводимости , образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому . Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля , которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс , а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока .
Удельное сопротивление - скалярная физическая величина , численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.
Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры (в некотором диапазоне) растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.
Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника
В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.
Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.
Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.
Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.
И так будем разбираться во всем по порядку.
Электричество
Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.
Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.
Данное явление называется статическим электричеством . Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.
Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.
Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.
Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10 -19 Кл (Кулон). Обозначается е или е – .
Напряжение
Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение . Единица измерения напряжения – Вольт (В или V ). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V . Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).
Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд , высота водяного столба (давление) – это напряжение , а скорость потока воды – это электрический ток .
Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.
Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).
Электрический ток
Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками . А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками .
Единица измерения силы тока – Ампер (А ). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I . Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10 18 электронов) за 1 секунду.
Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.
Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление .
Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением , током и сопротивлением . Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.
Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение . Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение . Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io ) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц .
Сопротивление
Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω ). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R . Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.
Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.
На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.
Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W ). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P . Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность , единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A ), обозначается буквой S .
И в завершение про Электрическую цепь . Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями 4.59 (237 Голосов)
Любое физическое тело, через которое происходит направленное движение ионов, оказывает току определенное сопротивление. Свойство каждого вида материала проводника не давать заряженным частицам проходить сквозь него – сопротивление электрическое. С учетом разниц противодействия движению ионов строятся многие принципиальные схемы, часть из которых применяется в электронных вычислительных машинах, например, это триггеры в бытовых приборах, наушниках.
Что такое электрическое сопротивление
Что такое сопротивление в физике? Сопротивление – это физическое значение, которым описывается свойство проводящего материала препятствовать прохождению заряженных частиц сквозь него. Согласно закону Ома, данная величина равна значению напряжения на концевых участках проводника, деленному на силу тока в амперах, проходящего по нему. Значение противодействия направленному току заряженных частиц для цепей с переменным током и полей электромагнитного типа характеризуется полями волнового препятствия изменению потенциала и импедансом.
Интересно. На основании данной характеристики также получила название радиодеталь резистор, от английского Resistance – сопротивление. Эта часть требуется для введения в цепи питания активного препятствия электрическому току.
Определение единицы сопротивления – Ом
В чем измеряется сопротивление тока? Единица измерения в международной системе СИ – Ом. Данная величина равна сопротивлению в цепи между крайними участками, между которыми течет напряжение величиной в 1 В при силе тока в 1А. Слово было получено по фамилии ученого – Георга Ома. Было принято как единица измерения в шестидесятых годах двадцатого века вместе с международной системой единиц СИ.
Средства воспроизведения сопротивления
Для определения меры электрического сопротивления используют:
- Магазин сопротивлений – специальный набор радиоэлементов различного номинала. Данные компоненты специально изготовлены таким образом, чтобы содержать эталонное сопротивление проводников. При подключении электропроводника с постоянным или переменным током к магазину сопротивления можно выбрать подходящий по величине резистор и получить на выходе определенное напряжение, которое затем можно измерить при помощи вольтметра;
- Катушка – устройство, которое работает по сходному с магазином принципу. При подключении на вход прибора можно при помощи имеющихся рычагов и переключателей отрегулировать величину сопротивления агрегата и получить на выходе требуемый вольтаж.
Государственный эталон сопротивления
Данный государственный стандарт под индексом ГЭТ 14-91 принято описывать в следующем виде.
Величины и характеристики эталонного сопротивления
| Название характеристики | Величина по государственному эталону 14-91 |
|---|---|
| Воспроизводимое значение в Омах | 6453 и 12906 |
| Хранимое значение в Омах | 1 |
| Неточности по первому типу (А) в миллиардных долях | 25 |
| Неточности по второму типу (В) в миллиардных долях | 35 |
| Сумма стандартной неопределенности, ppb | 45 |
| Увеличенная неопределенность при коэффициенте, равном двум, ppb | 90 |
Статическое и динамическое сопротивление
Согласно теории нелинейных цепей, разделяют величину сопротивления на статическую и динамическую. Первая – тождественна закону Ома и равна отношению напряжения на элементе к текущей силе тока. Динамической величиной элемента, которому присущи признаки нелинейности, является значение, полученное при делении минимального увеличения напряжения к соответствующему увеличению силы тока.
Зависимость величины от характеристик проводника
В проводнике носителями электрического тока являются свободные отрицательно заряженные частицы. Поведение в веществе подобно газу. Плотность свободных частиц зависят от плотности среды. Исходя из этого, плотность и структура кристаллической решетки определяются типом проводящего материала и его размерами. Из-за этого на проводимость влияют площадь поперечного сечения и температура. Сопротивление через площадь поперечного сечения считается расчетной величиной.
Сопротивление тела человека
Данная величина нелинейная, зависит от многих параметров и не может считаться омической. Значение может изменяться во времени, снижаясь относительно человека, который взволнован и вспотел. Кроме того, на данную величину оказывает влияние окружающая среда. У сухой дермы величина может превышать 10 тысяч Ом*метр. Поэтому временной график величины у человека может иметь разный вид.
Приборы для измерения сопротивления (постоянного тока)
Для измерения сопротивления можно применять:
- Омметр – непосредственно позволяет показывать уровень нагрузки;
- Мост Витстона;
- Возможно рассчитать по полученным данным амперметра и вольтметра по простым формулам.
Проводник, когда по нему идет ток
Во время прохождения электрического заряда по проводнику происходит усиленное выделение тепловой энергии. При этом проводник может сильно нагреваться. Энергия рассчитывается по формуле:
А=Р*t, где Р – мощность, рассчитываемая по формуле Р=U*I.
Типичный случай – нагрев алюминия под высоким напряжением.
Влияние температуры на удельное сопротивление
Характеристика удельного сопротивления при увеличении температуры также повышается. Это происходит из-за увеличения темпа движения заряженных частиц в металле, с повышением температуры. Удельное сопротивление веществ, проводящих электрический ток, и угля при нагревании, соответственно, уменьшается, из-за увеличения количества свободных электронов на единицу объема.
Показатели для твердотельных материалов
Удельное сопротивление сплавов и твердотельных металлов практически не меняется при повышении или снижении температуры. Это происходит из-за плотности кристаллической решетки. Характеристика присуща константану, манганину и другим плотным сплавам. Для такой особенности требуется повышенное удельное значение относительно составляющих компонентов.
Связь с удельной проводимостью
Электрическая проводимость представляет собой характеристику среды по проведению заряженных частиц, а также изменению свойств тел либо среды, из-за которых возникает движение заряженных частиц под воздействием электромагнитного поля. Данное значение считается обратным по величине сопротивлению проводника.
Показатели для жидких проводников
Показатели электросопротивления растворов солей и щелочей являются динамическими. Значения зависят от состава, концентрации вещества. При этом влияние температуры, обратное металлам. Во время нагрева из-за эффекта диффузии значение падает и наоборот. При слишком низких температурах электролит может перейти в твердое агрегатное состояние и не проводить ток. Так, вода, которая кристаллизовалась, не является проводником. Гидравлическое препятствование движению частиц возникает из-за наличия в жидкости производных солей, являющихся проводниками.
Зависимость удельного сопротивления от деформаций
При холодной обработке проводников происходит пластическая деформация сырья с последующим искажением кристаллической решетки, что значительно увеличивает уровень удельного сопротивления.
Электрическое сопротивление – это свойство любого вещества препятствовать движению ионов. Характеристика является динамической и зависит от нескольких факторов. Изоляция и некоторые материалы обладают уровнем сопротивления, при котором электрический ток не способен проходить сквозь вещество. Это может характеризовать некоторые вещества, как плохо проводящие ток из-за малого объема ионов. Что такое сопротивление проводника? Величина, из-за которой происходит потеря мощности при прохождении электричества.
Видео