Сопротивление в физике у электрического тока: как измеряется в омах по формулам для проводника

Сопротивление

Представьте, что есть трубка, в которую заталкивают камни. Вода, текущая по этой трубе, будет течь медленнее, потому что у нее есть сопротивление. То же самое произойдет и с электрическим током.

Сопротивление – это физическая величина, которая показывает способность проводника пропускать электрический ток. Чем выше сопротивление, тем ниже эта емкость.

Теперь давайте удлиним «каменный участок», т.е добавим больше камней. Вода будет еще труднее течь.

Сделаем трубу шире, оставив такое же количество камней — вода будет чувствовать себя лучше, поток увеличится.

А теперь давайте заменим грубые камни, которые мы собрали на стройке, на гладкую морскую гальку. Через них также легче проходить, а значит, снижается сопротивление.

Электрический ток реагирует на эти параметры аналогичным образом: при удлинении проводника сопротивление увеличивается, при увеличении сечения (ширины) проводника сопротивление уменьшается, а при замене материала оно будет изменяться в зависимости от материал.

Эту закономерность можно описать следующей формулой:

Сопротивление R = ρl/S R — сопротивление Ом l — длина проводника м S — площадь поперечного сечения мм2 ρ — удельное сопротивление Ом мм2/м

Единицей сопротивления является ом. Назван в честь физика Георга Ома.

Будьте внимательны!

Площадь поперечного сечения проводника и удельное сопротивление содержат мм2 в своих единицах. В таблице удельное сопротивление всегда дается именно в этом измерении и легче измерять тонкий проводник в мм2. При умножении мм2 уменьшаются, и мы получаем значение в СИ.

Но это не отменяет того факта, что каждое задание нужно проверять в мм2 в обоих значениях! Если это не так, то несоответствующее значение необходимо уменьшить до мм2.

Узнайте SI — Международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевести все значения в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без префиксов. Исключение составляет килограмм с приставкой «кило».

Удельное сопротивление проводника — это физическая величина, которая измеряет способность материала проводить электрический ток. Это табличное значение, оно зависит только от материала.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Материал	Удельное сопротивление р, Ом мм2/м
Алюминий	0,028
Бронза	0,095–0,1
Висмут	1,2
Вольфрам	0,05
Железо	0,1
Золото	0,023
Иридий	0,0474
Константан (сплав NiCu + Mn)	0,5
Латунь	0,025–0,108
Магний	0,045
Манганин (сплав меди с марганцем и никелем — инструментальный)	0,43–0,51
Медь	0,0175
Молибден	0,059
Альпака (сплав меди, цинка и никеля)	0,2
Натрий	0,047
Никелин (сплав меди и никеля)	0,42
Никель	0,087
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)	1,05–1,4
Банка	0,12
Платина	0,107
Меркурий	0,94
Вести	0,22
Серебряный	0,015
Сталь	0,103–0,137
Титан	0,6
Хром	1,3–1,5
Цинк	0,054
Расплавленное железо	0,5–1,0

Резистор

Все настоящие проводники имеют сопротивление, но его стараются сделать пренебрежимо малым. В заданиях обычно используют фразу «идеальный водитель», что означает, что лишают его выносливости.

Из-за того, что проводник у нас «такой идеальный», за сопротивление в цепи чаще всего отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

Вот как резистор показан на схемах:

В школьном курсе физики используется европейское обозначение, поэтому мы только его запоминаем. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

Вот так сопротивление выглядит в естественной среде обитания:

Полосы на нем показывают его сопротивление.

На сайте компании Ekits, торгующей электронными модулями, можно выбрать цвет резистора и узнать номинал своего резистора:

О том, зачем дополнительно нагружать цепь сопротивлением, мы поговорим в этой же статье чуть позже.

Реостат

Есть переключатели, которые вы поворачиваете, чтобы сделать свет ярче или тусклее. В таком переключателе спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат.

Стрелка вверху — это ползунок. По сути, он отсекает часть резистора справа от него. То есть, если мы переместим ползунок вправо, мы увеличим длину резистора и, следовательно, сопротивление. И наоборот: двигаться влево и уменьшаться.

По формуле сопротивления это очень понятно, так как в числителе стоит длина проводника:

Сопротивление R = ρl/S R — сопротивление Ом l — длина проводника м S — площадь поперечного сечения мм2 ρ — удельное сопротивление Ом мм2/м

Определение единицы сопротивления – Ом

В чем измеряется сопротивление току? Единицей измерения в международной системе СИ является ом. Эта величина равна сопротивлению в цепи между крайними участками, между которыми протекает напряжение 1 В при токе 1А. Слово получил по имени ученого — Георг Ом. Он был принят в качестве единицы измерения в 1960-х годах вместе с международной системой единиц СИ.

Средства воспроизведения сопротивления

Для определения меры электрического сопротивления используют:

• Блок резисторов представляет собой специальный набор радиоэлементов различного номинала. Эти компоненты специально изготовлены с учетом эталонного сопротивления проводов. Подключив к резисторной коробке электрический проводник с постоянным или переменным током, можно подобрать резистор подходящего размера и получить на выходе определенное напряжение, которое затем можно измерить вольтметром;
• Катушка – это устройство, работающее по принципу, аналогичному магазину. При подключении ко входу устройства можно с помощью имеющихся рычажков и переключателей регулировать величину сопротивления агрегата и получать на выходе необходимое напряжение.

Закон Ома для участка цепи

С камешками в трубе все понятно, но мало того, что от них зависит сила, с которой поток воды проходит через трубу, так еще и от насоса, которым мы эту воду перекачиваем. Чем больше мы качаемся, тем больше ток. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Аккумулятор работает на основе химических реакций внутри него. В результате этих реакций выделяется энергия, которая затем передается в электрическую цепь.

Любой источник обязательно имеет полюса: «плюс» и «минус». Полюса – это их крайние положения, по сути клеммы, к которым подключается электрическая цепь. На самом деле ток просто течет от «+» к «−».

У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи: напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединить их в один закон.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на ее концах и обратно пропорциональна ее сопротивлению.

Закон Ома для участка цепи Я = У/Р I — сила тока [А] U — напряжение [В] R — сопротивление Ом

Напряжение измеряется в вольтах и ​​показывает разницу между двумя точками в цепи: эта разница определяет, сколько тока будет течь: чем больше разница, тем выше напряжение и тем больше будет течь ток.

Сила тока измеряется в амперах, подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье.

Давайте решим несколько задач по закону Ома для участка цепи.

Время домашней работы

Найти силу тока в лампе накаливания торшера, если она подключена к сети 220 В и сопротивление нити накала 880 Ом.

Решение:

Примем закон Ома для участка цепи:

Я = У/Р

Подставьте значения:

I = 220/880 = 0,25 А

Ответ: Сила тока через лампочку 0,25А

Давайте усложним. А силу тока найдем, зная все параметры для расчета сопротивления и напряжения.

Задача вторая

Найти силу тока в лампе накаливания, если торшер подключен к сети 220 В и длина нити накала 0,5 м, площадь поперечного сечения 0,01 мм2, а удельное сопротивление нити накала 1,05 Ом мм2. / метр

Решение:

Сначала найдите сопротивление проводника.

R = ρl/S

Площадь дана в мм2, а удельное сопротивление также выражено в миллиметрах.

Это означает, что все величины уже даны в СИ и перевод не требуется:

R = 1,05 0,5/0,01 = 52,5 Ом

Теперь применим закон Ома для участка цепи:

Я = У/Р

Подставьте значения:

I = 220/52,5 ≃ 4,2 А

Ответ: Ток через лампочку около 4,2А

Теперь давайте сделаем это действительно сложно! Определите материал, из которого изготовлена ​​нить.

Задача третья

Из какого материала сделана нить накала лампочки, если настольная лампа подключена к сети 220 В, длина нити накала 0,5 м, площадь ее сечения 0,01 мм2, а сила тока в цепи 8,8 А

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи и выразим из него сопротивление:

Я = У/Р

Р = U/I

Подставляем значения и находим сопротивление провода:

R = 220/8,8 = 25 Ом

Теперь возьмем формулу сопротивления и выразим из нее удельное сопротивление материала:

R = ρl/S

ρ = RS/л

Подставляем значения и получаем:

р = 25 0,01/0,5 = 0,5 Ом мм2/м

Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы узнать, из какого материала сделана эта нить.

Ответ: Нить сделана из константана.

Закон Ома для полной цепи

Мы открыли закон Ома для участка цепи. Теперь посмотрим, что будет, если схема полная: в ней есть исток, проводники, резисторы и другие элементы.

При этом вводится закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Да, стоп. Слишком много незнакомых слов: разбираемся по порядку.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС обозначает электродвижущую силу. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в вольтах.

ЭДС — это сила, которая перемещает заряженные частицы в цепи. Он взят из текущего источника. Например, от аккумулятора.

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

Часто напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что это одно и то же. Формально это не так, но при решении задач большую часть времени разницы действительно нет, так как эти величины измеряются в вольтах и ​​определяют очень похожие по своей сути процессы.

В форме формулы закон Ома для полной цепи будет выглядеть так:

Закон Ома для полной цепи I — сила тока [А] ε — ЭДС [В] R — сопротивление нагрузки Ом r — внутреннее сопротивление источника Ом

Любой шрифт не идеален. В домашнем задании это возможно («рассмотрите идеальный шрифт», это предложения), а в реальной жизни точно нет. В этом смысле источник имеет внутреннее сопротивление, препятствующее прохождению тока.

Когда «сопротивление бесполезно»

Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти сопротивление и пройти по идеальному проводнику без сопротивления, он это сделает. В то же время с резисторами разного номинала это не пройдет: он не просто пройдет через меньшее сопротивление, он будет распределяться по закону Ома: больший ток пойдет туда, где сопротивление меньше, и наоборот.

Но на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через сопротивление идти не будет.

Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

Теперь давайте снова посмотрим на закон Ома для участка цепи.

Закон Ома для участка цепи Я = У/Р I — сила тока [А] U — напряжение [В] R — сопротивление Ом

Подставляем резистор равный 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а в математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы откроем вам страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно. Если совсем упростить такое сложное вычисление (то есть из-за того, что оно сложное, мы всегда говорим, что это невозможно), то получим бесконечность.

А именно:

I = U/0 = ∞

Такой случай называется коротким замыканием, когда величина тока настолько велика, что может уйти в бесконечность. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие, и все рушится.

Это происходит потому, что между двумя точками цепи есть напряжение (т е между ними есть разница). Как будто водопад вдруг появился вдоль реки. Из-за этой разницы создается искра, которую можно предотвратить, поставив в цепь резистор.

Именно для предотвращения коротких замыканий и необходимо дополнительное сопротивление в цепи.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время речь шла о схемах с одним резистором. Подумайте, что произойдет, если их станет больше.

	Последовательное соединение	Параллельное соединение
Схема	Сопротивления следуют	Между резисторами два узла Узел – это соединение трех и более проводников
Сила тока	Ток во всех резисторах одинаков Я = я1 = я2	Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил выходящих из него токов Я = я1 + я2
Напряжение	Общее напряжение цепи представляет собой сумму напряжений на каждом резисторе У = У1 + У2	Напряжение на всех резисторах одинаковое У = У1 = У2
Сопротивление	Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений каждого резистора Р = Р1 + Р2	Общее сопротивление для бесконечного числа резисторов, соединенных параллельно 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn Суммарное сопротивление двух параллельно соединенных резисторов Суммарное сопротивление бесконечного числа одинаковых резисторов, соединенных параллельно R = R1/n

Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала?

Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные номиналы резисторов, которые нельзя обойти при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор нужного номинала и его надо строить из других резисторов.

Параллельное соединение также используется как «запасной аэродром» — когда габаритный резистор не сильно повлияет на конечный результат, но при выходе из строя одного из резисторов другой будет работать.

Будем честными: схем, которые обычно встречаются в задачах (миллион резисторов соединенных параллельно, к ним есть еще один последовательно, и еще миллион параллельно этому последовательно) в жизни не бывает. Но возможность расчета таких цепей еще больше упрощает расчет реальных цепей, ведь именно так можно невооруженным глазом отличить последовательное соединение от параллельного.

Решим различные задачи для последовательного и параллельного соединения.

Смутные времена

Найдите полное сопротивление цепи.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 4 Ом.

Решение:

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + R2 + R3 + R4 = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

Ответ: Общее сопротивление цепи равно 10 Ом

Проблема вторая

Найдите полное сопротивление цепи.

R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом

Решение:

Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Ом

Ответ: Общее сопротивление цепи равно Ом

Проблема третья

Найдите общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом

Решение:

Во-первых, обозначим, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи ничем не отличаются от резисторов. То есть они тоже имеют сопротивление и тоже влияют на цепь.

В этом случае связь смешанная. Лампы соединены параллельно, а резистор к ним последовательно.

Для начала рассчитаем общее сопротивление ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = Лампы R1 + R = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

Ответ: Общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

Наконец, последнее и самое сложное задание! Соберите все самое серьезное из этой статьи .

Задача четыре со звездочкой

Лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением 10 Ом каждый подключены к батарее с ЭДС 12 В. Известно, что сила тока в цепи равна 0,5 А, а сопротивление лампочки R/ 2. Найдите внутреннее сопротивление батареи.

Решение:

Сначала найдем сопротивление лампы.

Rламп = R/2 = 10/2 = 5 Ом

Теперь найдите общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов.

Ом

А общее сопротивление цепи равно:

R = Rлампочки + Rрезисторы = 5 + 5 = 10 Ом

Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

R + г = ε/I

г = ε/i — R

Подставьте значения:

r = 12/0,5 — 10 = 14 Ом

Ответ: Внутреннее сопротивление источника 14 Ом.

Статическое и динамическое сопротивление

Согласно теории нелинейных цепей величина сопротивления делится на статическую и динамическую. Первый идентичен закону Ома и равен отношению напряжения элемента к силе тока. Динамическое значение нелинейного элемента — это значение, полученное путем деления минимального увеличения напряжения на соответствующее увеличение тока.

Зависимость величины от характеристик проводника

В проводнике носителями электрического тока являются свободные отрицательно заряженные частицы. Поведение в материи подобно газу. Плотность свободных частиц зависит 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 по площади поперечного сечения считается расчетной величиной.

Сопротивление тела человека

Эта величина нелинейна, зависит от многих параметров и не может считаться омической. Значение может меняться со временем, уменьшаясь по отношению к взволнованному, потному человеку. Кроме того, на это значение влияет окружающая среда. В сухой дерме значение может превышать 10 тыс. Ом*метр. Поэтому временной график ценности у человека может выглядеть по-разному.

Приборы для измерения сопротивления (постоянного тока)

Для измерения сопротивления можно использовать:

• Омметр — позволяет напрямую отображать уровень заряда;
• Мост Уитстона;
• Рассчитать можно по данным, полученным от амперметра и вольтметра, по простым формулам.

Связь с удельной проводимостью

Электропроводность — характеристика среды для проведения заряженных частиц, а также изменение свойств тел или среды, благодаря которому происходит движение заряженных частиц под действием электромагнитного поля. Это значение считается обратной величиной сопротивления проводника.

Понятие электрического сопротивления проводника

Классическое определение объясняет электрический ток движением «свободных» (валентных) электронов. Он обеспечивается электрическим полем, создаваемым источником. Движению в металле препятствуют не только нормальные составляющие кристаллической решетки, но и дефектные участки, примеси, неоднородные области. В ходе столкновений с препятствиями за счет перехода импульса в тепловую энергию температура повышается.

В газах, электролитах и ​​других материалах физика явления несколько иная. Линейные зависимости наблюдаются в металлах и других проводниках. Основные соотношения выражаются известной формулой закона Ома:

R (электрическое сопротивление) = U (напряжение) / I (ток).

Для удобства часто используется величина, обратная проводимости (G = 1/R). Он обозначает способность определенного материала пропускать ток с определенными потерями.

Для простоты иногда используется пример с сантехникой. Движущаяся жидкость является аналогом тока. Давление эквивалентно напряжению. Уменьшение (увеличение) сечения или положение запорного устройства определяет условия движения. Аналогично изменяются основные параметры электрических цепей с помощью сопротивления (R).

Довожу до вашего сведения. Количество жидкости, проходящей в единицу времени через контрольное сечение трубы, эквивалентно электрической энергии.

Зависимость от свойств материала

Для стандартизации единицей измерения был 1 Ом. Этот резистор создает столбик ртути площадью 1 кв.мм, высотой — 1063 мм. Измерения производятся при поддержании нулевой температуры.

Для упрощения расчетов используется значение удельного сопротивления Rсп, которое создается проводниками из других материалов (Длина X Площадь поперечного сечения = 1000 мм х 1 мм кв).

На рисунке указано Rud (серебро) = 0,016. Это означает, что метровый проводник с нормированной площадью поперечного сечения 1 мм кв создает электрическое сопротивление 0,016 Ом. Информацию о других материалах можно получить из справочника.

Виды

Проводник — это среда или объект, способный проводить электрический ток. Внутри него при подключении к источнику энергии начинает активно двигаться заряженная частица. Амперметр показывает повышение электрического напряжения в цепи. Рассматривая проводники разных типов, учитывают электрическую проводимость и тип материала:

• медь;
• алюминий;
• металл;
• золото;
• сплав никеля и хрома.

В научной среде существует понятие сверхпроводника, который считается идеальным. Он имеет значительный угол диэлектрических потерь. При протекании тока из цепи учитывается процент компенсации. Для сверхпроводника этот параметр минимален.

Из меди

Медь относится к компонентам 11 группы таблицы химических элементов. По классификации он пластинчатый, встречается в разных видах. Часто вещество имеет розовый оттенок. В электротехнике медь имеет низкое удельное сопротивление и находится в той же нише, что и серебро и золото.

Серебро и золото

Материал применим при изготовлении проводки, а также печатных плат. Еще одно вещество востребовано в производстве электроприводов. При рассмотрении сложных управляемых электромеханических систем следует отметить, что в них используются обмотки с малым удельным сопротивлением.

Если оценивать силовые трансформаторы, то в них тоже используется этот металл, но часто с примесями. Это необходимо для снижения электропроводности. В печатных платах медь используется совместно с алюминием. Среди радиодеталей остаются востребованными сплавы на основе меди, которые также обладают низкой прочностью.

При разборке персональных компьютеров в вещество попадается бронза или латунь. Также используются добавки цинка или никеля. Для повышения эластичности проводника применяют другие материалы, например олово, цинк. По таблице удельных сопротивлений веществу присвоен показатель 0,0157 Ом.

Свойства меди

Из алюминия

Среди элементов 13 группы таблицы выделяется алюминий. Это отличный проводник в цепи, изготовленный из парамагнитного металла. Цвет имеет серебристый оттенок. Водитель хорошо обработан. Кроме значительной электропроводности отмечается коррозионная стойкость.

При термообработке образуется оксидная пленка, защищающая поверхность. В природе представлены различные соединения алюминия. Если рассматривать стандартный провод небольшого сечения, то он востребован в электрических катушках. Вещество имеет малую плотность и массу, поэтому ему сложно найти аналоги. Использование алюминия в движущихся частях может улучшить их работу.

Часто драйвер встречается в жестких дисках, а также в аудиосистемах. Кабели, покрытые слоем лака, по-прежнему пользуются спросом. Есть эмалированные аналоги, которые отличаются повышенной безопасностью. В качестве изоляции используется каучук, берилл. Производители выпускают жилы сечением 0,003 мм.

Свойства алюминия

Помимо катушек индуктивности, кабель можно установить в катушки индуктивности, динамики и наушники. Что касается составов, то есть варианты с алунитами. Дополнительная информация о физических свойствах:

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

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

Из металла

Среди металлов распространенными типами проводников считаются следующие:

• свинец;
• банка;
• платина;
• никель;
• вольфрам.

Свинец — это элемент группы 14, который можно использовать в качестве проводника. Его максимальная плотность составляет 11,35 грамма на кубический метр. Область применения ограничена, поскольку материал токсичен и относится к тяжелым металлам. История происхождения формулы не ясна, есть только догадки.

Металлические группы

Если говорить о токопроводящих элементах, обычно используют нитрат свинца. В текущих источниках, резервных единицах, есть версия с хлором. Среди неорганических соединений выделяется теллуридный материал. Он пригоден в качестве термоэлектрического проводника, поэтому используется в электростанциях разной мощности. Еще один металлический элемент востребован в холодильниках.

Если теллурид рассматривать подробно, то значительную диэлектрическую проницаемость следует отнести к ряду особенностей. Помимо свинца, он содержит олово и теллур. Отдельно вещества встречаются в фоторезисторах и диодах. Если разобрать полупроводниковые приборы, элементы содержатся в стабилизаторах и указывают направление тока.

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

Наряду с золотом олово обладает прекрасными антикоррозионными свойствами. Дисульфид часто используется в технике. Наибольшую стойкость проявляет диоксид олова. В батареях он используется в чистом виде. Говоря о гальванических элементах, стоит упомянуть диоксид марганца и олова.

Платина является проводником десятой группы химических элементов. Представленный металл имеет электрическое сопротивление 0,098 Ом и отличается повышенной плотностью. Если рассматривать область применения, то вещество часто встречается в лазерной технике. Речь идет как о принтерах, так и об измерительных приборах.

Свойства платины

Также платина используется в электромагнитных реле. В представленных автоматах он выполняет роль проводника. Речь идет о механических, тепловых или оптических реле. В электронных датчиках платина содержится в меньшем количестве, но используется из-за широкого диапазона температур. В частности, можно рассмотреть электронный термометр сопротивления. Резистивный элемент в основном платиновый.

Из золота

Удельное сопротивление золота 0,023 Ом. Материал относится к первой группе металлов и обладает мягкими физическими свойствами. Золото встречается с примесями и в чистом виде. Плотность 19,32 г/см³, область применения широкая. В промышленности кондуктор востребован в качестве сварочного.

Золотой припой

Его можно наносить на различные поверхности, он служит отличным материалом для соединения заготовок, так как наблюдается низкая температура плавления. Золото также востребовано для защиты от коррозии.

Недостатки:

• мягкость материала;
• подвержен питтинговой коррозии.

Если использовать материал с добавками, то температура плавления падает. Это также влияет на механические свойства вещества.

Золото с добавками

Из сплавов никеля и хрома

Никель имеет удельное сопротивление 0,087 Ом. Это элемент группы 8, пластинчатый. При термообработке элемент покрывается оксидной пленкой.

Особенности:

• высокое электрическое сопротивление;
• значительное линейное расширение;
• эластичность.

Никель активно используется в качестве проводника в батареях.

Различные добавки:

• нихром;
• пермаллоа;
• золото.

По сопротивлению элемент аналогичен постоянному никелю. Хром — элемент шестой группы, драйвер имеет во внешнем виде синеватый оттенок. Как проводник он встречается в бытовых приборах. Хром чаще всего используется в сочетании с легированными сталями.

Свойства хрома

При соединении с нержавейкой образуется отличный проводник. Обладает антикоррозионными свойствами, помимо повышенной твердости. На печатной плате элемент не боится износа. Устройства Chrome востребованы в аэрокосмической отрасли.

Выше приведены факторы, от которых зависит сопротивление проводника. Элементы изготавливаются из различных материалов, необходимо учитывать их свойства.

Зависимость от свойств напряжения

Удельное сопротивление

После простого преобразования основной формулы можно составить правильное выражение для напряжения:

У=И*Р.

Источник питания вырабатывает электричество. Подключенный резистор потребляет энергию с преобразованием в тепло. Для поддержания определенной силы тока необходимо установить соответствующее напряжение.

Если подключить полупроводниковый диод, то график существенно изменится. Из рисунка можно определить небольшое сопротивление в области положительных значений U. Однако после смены полярности увеличение отрицательного напряжения не сопровождается аналогичным изменением силы тока. Одностороннее вождение, в частности, используется для исправления сигналов.

Зависимость от геометрии

Из раздела с описанием конкретных параметров видно, что электрическое сопротивление проводника зависит от длины. Если взять серебряный образец (стандартная площадь сечения 1 мм2) длиной 6,8 м, то легко вычислить значение R = 6,8 * 0,016 = 0,1088 Ом.

Аналогично решаются и другие практические задачи. Для создания провода с электрическим сопротивлением 100 Ом потребуется серебряная жила длиной 6250 м = 100/0,016. Если используется железный металлический проводник, длина будет 833 м = 100/0,12.

Следующим решающим фактором является площадь поперечного сечения. Для наглядности можно использовать пример перекачки жидкости из основного бака в две разные емкости. Необходимое давление легко создать, подняв основной бак на небольшую высоту. Используя трубки с разным диаметром линий, можно увидеть разницу в скорости наполнения контрольных объемов. Если показания измеряются, то при желании легко составить пропорциональные зависимости, учитывающие исходные геометрические параметры транспортных каналов.

Размер проводников также имеет значение. Электрическое сопротивление (R) равно удельному значению определенного материала (Rsp), умноженному на длину (L) и деленному на соответствующее поперечное сечение (S). Если известен только диаметр, то для круглого сердечника можно применить классическую формулу из школьного курса геометрии:

S = (π * d2)/4 = (3,14 * d2)/4.

Длина вычисляется из преобразованного выражения:

L = S * (R / Руд).

Эти соотношения показывают, от чего зависит сопротивление.

Расчёт сопротивления проводника

Ранее рассматривались упрощенные методы, которые необходимо корректировать с учетом реальных условий. Следовательно, температура оказывает существенное влияние на проводимость материалов. В последовательных проводниках (медь, алюминий) значение этого параметра увеличивается в пропорции 0,3-0,5% на градус. В композициях на основе углерода и электролитов наблюдается обратный эффект — снижение сопротивления.

Без растяжек и прочих хитроумных приспособлений настоящая левитация обеспечивается сверхпроводимостью

Опыт, показанный на рисунке, можно воспроизвести, понизив температуру металла до «абсолютного нуля» (-273°С). При таком экстремальном охлаждении атомная решетка фиксируется в устойчивом положении.

Это состояние создает идеальные условия для движения электронов. Отсутствие препятствий сопровождается минимальными потерями, что объясняет перспективность направления создания эффективных линий электропередачи. Пример на рисунке демонстрирует повышенные параметры работы транспортных коммуникаций. В этом случае силы трения можно исключить.

Сочетание вакуумной трубки и сверхпроводимости повышает производительность передовых транспортных систем

Понятно, что для улучшения экономических показателей необходимо повысить рабочую температуру при сохранении хорошей проводимости. Однако последние научные достижения в соответствующей области позволяют ожидать положительного результата уже в ближайшее время.

Это нужно подчеркнуть! На практике могут потребоваться различные вычислительные технологии. Например, неизвестный материал. Его трудно определить по внешним признакам. Для качественного химического лабораторного анализа, помимо должных навыков, требуется специальное оборудование.

Однако при необходимости легко вывести конкретный показатель:

Руд = Р*С/Л.

Геометрические параметры измеряют стандартными инструментами (линейкой, штангенциркулем). По типовой схеме измерения электрическое сопротивление уточняется с помощью мультиметра. Для расчета Rud используйте приведенную выше формулу. В справочнике выбирается позиция, соответствующая результату расчета. По той же методике можно определить и другие неизвестные величины, например длину кабеля в подземной трассе.

В реальных расчетах для повышения точности учитываются реактивные составляющие проводников. Например, индуктивность длинной прямой линии определяется по формуле:

Y = (m0/2π) * L * (mc * ln(L/r) +1/4m,

куда:

• m — магнитная проницаемость материала (о — постоянная, с — окружающая среда);
• r и L — радиус и длина проводника соответственно.

При увеличении частоты необходимо учитывать распространение тока в приповерхностной зоне и изменение вихря.

Представленные теоретические знания пригодятся при расчете и создании реостата – устройства с регулируемым сопротивлением. Они необходимы для предотвращения электротравматизма с помощью точного расчета цепей защиты и специализированных автоматических выключателей (предохранителей).

Формулы нахождения сопротивления

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения:

Формула 1

R=ρl/S, где:

• R — сопротивление (Ом);
• ρ — удельное сопротивление проводника (Ом*м);
• l — длина проводника (м);
• S — площадь поперечного сечения проводника (м², но чаще в мм²).

Удельное сопротивление – это физическая величина, показывающая сопротивление проводника из этого вещества длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм².

Сопротивление проводника по закону Ома (для участка цепи):

R=U/I, где:

• R — сопротивление (Ом);
• U — напряжение (В);
• I — сила тока (А).

Сопротивление проводника по закону Ома (для полной цепи):

R+r=ε/I, где:

• R — внешнее сопротивление (Ом);
• r — внутреннее сопротивление (Ом);
• Е-ЭДС(В);
• I — сила тока (А).

Помимо сопротивления, считается, что характеризующим проводник является величина, называемая электропроводностью.

Электропроводность есть величина, обратная физическому сопротивлению. Обозначается G, измеряется в сименсах — Ver.

Формула: Г=1/Р

Проводимость является обратной физической величиной удельного сопротивления.

Формула: λ=1/ρ

Формула площади поперечного сечения: S=πD²/4, где D — диаметр проводника.

Примеры решения задач

Пример 1

Рассчитайте сопротивление проводника, если известно, что к нему приложено напряжение 5 В и сила тока по нему равна 0,1 А.

Решение:

По закону Ома для участка цепи можно записать: R=U/I=5/0,1=50 Ом.

Ответ: 50 Ом.

Пример 2

Чему равно сопротивление медного провода длиной 10 м и площадью поперечного сечения 0,17 мм²?

Решение:

Так как кабель медный, то ρ = 0,017 Ом*мм²/м.

Воспользуемся формулой изменения сопротивления: R=ρl/S=0,017*10/0,17=1 Ом.

Ответ: 1 Ом.