Содержание
- 1 Что такое электрическое сопротивление
- 2 От чего зависит сопротивление
- 3 Формула сопротивления
- 4 Резисторы
- 5 Последовательное и параллельное сопротивление
Для понимания закона Ома следует начинать с самого определения каждой величины в формуле. Важную роль здесь играет сопротивление, ведь разные материалы по-разному проводят через себя ток и чем больше будет сопротивляться проводник, тем выше будет напряжение. Подробнее об определении и формуле можно узнать в статье.
Что такое электрическое сопротивление
Эксперименты для изучения проводимости различных веществ проводили многие ученые. Исторически именно опыты немецкого ученого Георга Симона Ома (1789–1854 гг.) увенчались успехом и оставили след на дальнейшем развитии физики. С помощью своих экспериментов он смог доказать один из основных законов современной физики в электрической цепи и в 1826 году вывел всем известный закон Ома.
Георг Симон ОмВ своих опытах ученый использовал источник тока, разные проводники, а также прибор, способный зарегистрировать силу тока. Меняя проводники между собой, он подтвердил свою теорию о том, что если напряжение увеличивалось, то и сила тока вырастала. Помимо этого, он обнаружил, что выбранные проводники при увеличении напряжения проявляли себя по-разному.
Зависимости значений друг от друга можно изобразить на графике:
График зависимости тока и напряженияДва графика в системе координат показывают, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью по мере увеличения напряжения.
Главный вывод ученого гласил, что разные проводники имеют разные свойства проводимости. Именно поэтому было введено понятие электрического сопротивления.
Определение:
Электрическое сопротивление — это величина, характеризующая способность электрической цепи или проводника препятствовать прохождению сквозь него электрического тока.
Сопротивление также определяется как коэффициент пропорциональности между напряжением и силой постоянного тока в законе Ома.
Ниже представлена схема, которую Георг Ом использовал в своих экспериментах.
Схема, использованная Омом в своих экспериментахЕдиница измерения, признанная Международной системой единиц, получила обозначение Ом, по имени её первооткрывателя. Сопротивление проводника в 1 Ом дает силу тока в 1 ампер при напряжении в 1 вольт.
От чего зависит сопротивление
Доказано, что сопротивление возрастает с увеличением температуры. Но важно понимать, что есть такие сплавы, сопротивление которых не будет меняться или изменится незначительно с повышением температуры. Если же говорить об электролитах, то их сопротивление уменьшается с повышением температуры.
Проводимость находится в зависимости от материалов проводника, а также от его длины и сечения: чем больше сечение, тем выше будет проводимость, но при этом проводимость снизится при увеличении длины проводника. Сопротивление и проводимость — обратные понятия.
Можно представить это явление как диаметр водопроводной трубы, тогда явно видно, что чем он больше, тем выше будет проводимость и ниже сопротивление:
Зависимость сопротивления от сечения и длиныТакже оно будет проявляться в нагреве проводника при протекании в нем тока, при этом чем меньше сечение проводника и выше сила тока — тем сильнее будет нагрев.
Формула сопротивления
Для записи этого явления в физике была выбрана латинская R, как сокращение от англ. resistance. Например, если сопротивление выбранного проводника составит 4 Ом, то в задаче это будет записано как R (или r) = 4 Ом.
Обычно значение в омах очень маленькое, поэтому на практике используют те проводники, которые имеют более высокое сопротивление, например мегаом — единица, равная миллиону Ом.
Для понимания общей формулы важно знать:
- При увеличении напряжения растет сила тока, эти величины имеют пропорциональную зависимость, т.е. I~U;
- При увеличении сопротивления происходит уменьшение силы тока, эти величины в обратной зависимости: I~1/R.
Формула, которую вывел Георг Ом, принята в следующем виде:
Формула сопротивленияВ которой:
- R — сопротивление (Ом);
- U — напряжение (В);
- I — сила тока (А)
Все величины в данной формуле взаимосвязаны друг с другом и оказывают взаимное влияние.
Удельное сопротивление
Для характеристики сопротивления, присущего разным материалам, в электротехнике давно используют термин удельное сопротивление. Формула расчета учитывает различные свойства материала в токопроводящей среде, например длину и поперечное сечение.
Формула, которую вывели ученые, выглядит как:
Формула удельного сопротивленияГде:
- R — сопротивление проводника, (Ом);
- l — длина проводника, (м);
- S — площадь поперечного сечения проводника, (мм2);
- ρ — удельное сопротивление проводника, (Ом·м).
Чтобы вычислить R для любого произвольного вещества, нужно понимать, что оно будет равняться сопротивлению участка цепи, который выполнен из выбранного вещества и имеет длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2;.
В вычислениях также применяют и старую внесистемную единицу Ом·мм2/м, которая равна 10−6 от 1 Ом·м.
У металлов удельное сопротивление невысокое, а у изоляторов большое. Для обеспечения большей теплоты для обогревателей, например, используют только проводники с большим удельным сопротивлением, такие как нихром: в этой ситуации электричество протекает медленнее, тепловое движение частиц ускоряется, благодаря чему проводник нагревается. Например, алюминий имеет низкое сопротивление, из-за чего его используют для передачи электроэнергии.
В таблице приведены значения, используемые в определении удельного сопротивления, для некоторых веществ при температуре 20 °С:
Проводник | ρ, Ом·мм2/м | ρ, Ом·м |
Серебро | 0,016 | 1,6 * 10-8 |
Свинец | 0,208 | 2,08 * 10-7 |
Ртуть | 0,96 | 9,6 * 10-7 |
Медь | 0,0172 | 1,72 * 10-8 |
Угольные щетки | 40 | 4,0 * 10-5 |
Для некоторых изоляторов таблица будет выглядеть следующим образом:
Изоляторы | ρ, (ом·см) |
Дерево сухое | 1010 |
Алмаз | 1012 |
Кварц плавленый | 2 * 1014 |
Фарфор | 2 * 1015 |
Сургуч | 5 * 1015 |
Резисторы
Резистор — это прибор с постоянным сопротивлением, такая радиодеталь помогает контролировать напряжение в цепи, понижая либо увеличивая его. По-другому говоря, это искусственное препятствие для электротока. Трудно представить любое электронное устройство без резисторов — их используют в компьютерах, телевизорах, сигнализациях, радиоприемниках и т. д.
На общих схемах резисторы маркируют следующим образом:
Обозначение резистора на схемеДиагональными линиями обозначают мощность резистора до 1 Вт. Вертикальные линии и знаки V и X (римские цифры) обозначают мощность резистора соответственно значению римской цифры.
Последовательное и параллельное сопротивление
По схеме последовательного соединения резистор может подключиться к другому резистору только в одной точке, но в цепи таких последовательных точек может быть несколько. Как пример примем обозначения R1, R2, R3 для сопротивления и Uц для напряжения источника цепи. Как только включится подача питания, в цепи начнет проходить ток Iц. Таким образом, электричество протекает в каждом резисторе по очереди.
Схема последовательного соединения резисторовУчитывая то, что ток проходит через каждый резистор, то значения их сопротивлений и силы тока будут суммироваться, то есть Iц = I1+I2+I3 и Rц = R1 +R2 + R3. В таком случае, чем больше будет каждое отдельное значение, тем тяжелее электронам преодолеть участок цепи. Особенность резисторов в том, что для расчета их мощности для разных типов соединения необходимо использовать разные формулы: для последовательных цепей — складываем, для параллельных — это должна быть обратная величина.
В таком варианте соединения элементы следуют друг за другом, поэтому конец одного будет соединяться с началом другого. Во время подключения этой схемы к сети образуется кольцо.
При параллельном соединении резисторы соединяются двумя контактами: так, к одной точке можно присоединить несколько резисторов.
Общее сопротивление всех элементов на участке цепи станет ниже при таком типе. Высчитывать его необходимо по формуле:
Формула общего сопротивления всех элементов на участке цепиФормула расчета усложняется с увеличением числа элементов, которые соединены параллельно. На практике довольно редко кто-то объединяет больше 3 элементов, поэтому для сложного расчета будет достаточно знать следующие формулы:
Схемы и формулы расчета сопротивленияВажно знать, что при подстановке значений итоговый результат сопротивления параллельно присоединенных резисторов будет ниже самого маленького числа.
Читайте также. Похожие записи.- Керамический конденсатор, состав, типы, свойства и применение
- Двигатель постоянного тока
- Как починить сломанный диммер в вашем доме
- Симметричный мультивибратор, расчёт и схема мультивибратора
- Большие данные в атомном масштабе: новый детектор достигает нового рубежа в скорости
- Строение молекул воды, их связи и свойства, влияние внешних физических воздействий на молекулы воды
Поделитесь статьей:
comments powered by HyperComments