Формула сопротивления участка цепи: формулы и определения / Блог / Справочник :: Бингоскул

Содержание

формулы и определения / Блог / Справочник :: Бингоскул

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

 

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

  1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
    • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
    • Формула: I=\frac{U}{R}
  2. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
    • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
    • Формула: U=IR
  3. R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
    • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
    • Формула R=\frac{U}{I}

 

    Определение единицы сопротивления — Ом

    1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

     

    Закон Ома для полной цепи

    Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

     

    Формула I=\frac{\varepsilon}{R+r}

    • \varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
    • I — сила тока в цепи, А;
    • R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
    • r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

     

    Как запомнить формулы закона Ома

    Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

    .

     

    • U — электрическое напряжение;
    • I — сила тока;
    • P — электрическая мощность;
    • R — электрическое сопротивление

     

    Смотри также:

     

    Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

    Закон Ома для участка цепи: формулировка и формула, применение

     

    От силы тока в цепи зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока. То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток, в свою очередь – это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля.

    Зависимость силы тока и напряжения

    Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением. Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.

    И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение.

    Связь с сопротивлением

    Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току. Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.

    Формула закона Ома для участка цепи

    Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

    Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

    I=U/R,

    где I – сила тока,
    U – напряжение,
    R – сопротивление.

    Применение закона Ома

    Закон Ома – один из основополагающих законов физики. Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе – это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека. Недаром есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома».

    Из формулы для закона Ома можно рассчитать также величины напряжения и сопротивления участка цепи:

    U=IR    и    R=U/I

    Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот.

    Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново. Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи.

    Нужна помощь в учебе?



    Предыдущая тема: Сопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники
    Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРасчёт сопротивления проводников и реостаты: формулы

    Закон Ома для участка цепи

    Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением. Необходимо отчетливо понимать его сущность и уметь правильно пользоваться им при решении практических задач. Часто в электротехнике допускаются ошибки из-за неумения правильно применить закон Ома. 

    Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.  

    Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает труба движению воды. 

    Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.

    Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: 

    I = U/R. 


    Магический треугольник  

    Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления. 

    Как использовать треугольник Ома: закрываем искомую величину — два других символа дадут формулу для её вычисления. Кстати, законом Ома называется только одна формула из треугольника – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют.  

    Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:

    ампер = вольт/ом

    Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно. 

    Следствие закона ома для участка цепи. Все виды законов ома

    Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика».

    .

    Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием .

    В этом разделе я постараюсь в наглядной и простой форме объяснить Вам вопросы электротехники. Скажу сразу, что далеко углубляться в теоретические знания мы не будем, но вот с основами познакомимся в достаточном порядке.

    Первое, с чем я хочу Вас познакомить, это с законом Ома для участка цепи. Это самый основной закон, который должен знать каждый .

    Знание этого закона позволит нам беспрепятственно и безошибочно определять значения силы тока, напряжения (разности потенциалов) и сопротивления на участке цепи.

    Кто такой Ом? Немного истории

    Закон Ома открыл всем известный немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Вот так он выглядел.

    Всю биографию Георга Ома я рассказывать Вам не буду. Про это Вы можете узнать на других ресурсах более подробно.

    Скажу только самое главное.

    Его именем назван самый основной закон электротехники, который мы активно применяем в сложных расчетах при проектировании, на производстве и в быту.

    Закон Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:

    I – значение тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах)

    U – значение напряжения на участке цепи (измеряется в вольтах)

    R – значение сопротивления участка цепи (измеряется в Омах)

    Если формулу объяснить словами, то получится, что сила тока пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

    Проведем эксперимент

    Чтобы понять формулу не на словах, а на деле, необходимо собрать следующую схему:

    Цель этой статьи — это показать наглядно, как использовать закон Ома для участка цепи. Поэтому я на своем рабочем стенде собрал эту схему. Смотрите ниже как она выглядит.

    С помощью ключа управления (избирания) можно выбрать, либо постоянное напряжение, либо переменное напряжение на выходе. В нашем случае используется постоянное напряжения. Уровень напряжения я меняю с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

    В нашем эксперименте я буду использовать напряжение на участке цепи, равное 220 (В). Контроль напряжения на выходе смотрим по вольтметру.

    Теперь мы полностью готовы провести самостоятельно эксперимент и проверить закон Ома в действительности.

    Ниже я приведу 3 примера. В каждом примере мы будем определять искомую величину 2 методами: с помощью формулы и практическим путем.

    Пример № 1

    В первом примере нам нужно найти ток (I) в цепи, зная величину источника постоянного напряжения и величину сопротивления светодиодной лампочки.

    Напряжение источника постоянного напряжения составляет U = 220 (В) . Сопротивление светодиодной лампочки равно R = 40740 (Ом) .

    С помощью формулы найдем ток в цепи:

    I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (А)

    Подключаем последовательно светодиодной лампочке , включенный в режиме амперметр, и замеряем ток в цепи.

    На дисплее мультиметра показан ток цепи. Его значение равно 5,4 (мА) или 0,0054 (А), что соответствует току, найденному по формуле.

    Пример № 2

    Во втором примере нам нужно найти напряжение (U) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину сопротивления светодиодной лампочки.

    I = 0,0054 (А)

    R = 40740 (Ом)

    С помощью формулы найдем напряжение участка цепи:

    U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (В) = 220 (В)

    А теперь проверим полученный результат практическим путем.

    Подключаем параллельно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме вольтметр, и замеряем напряжение.

    На дисплее мультиметра показана величина измеренного напряжения. Его значение равно 220 (В), что соответствует напряжению, найденному по формуле закона Ома для участка цепи.

    Пример № 3

    В третьем примере нам нужно найти сопротивление (R) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину напряжения участка цепи.

    I = 0,0054 (А)

    U = 220 (В)

    Опять таки, воспользуемся формулой и найдем сопротивление участка цепи:

    R = U/ I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ом)

    А теперь проверим полученный результат практическим путем.

    Сопротивление светодиодной лампочки мы измеряем с помощью или мультиметра.

    Полученное значение составило R = 40740 (Ом) , что соответствует сопротивлению, найденному по формуле.

    Как легко запомнить Закон Ома для участка цепи!!!

    Чтобы не путаться и легко запомнить формулу, можно воспользоваться небольшой подсказкой, которую Вы можете сделать самостоятельно.

    Нарисуйте треугольник и впишите в него параметры электрической цепи, согласно рисунка ниже. У Вас должно получится вот так.

    Как этим пользоваться?

    Пользоваться треугольником-подсказкой очень легко и просто. Закрываете своим пальцем, тот параметр цепи, который необходимо найти.

    Если оставшиеся на треугольнике параметры расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить.

    Если же оставшиеся на треугольнике параметры расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.

    С помощью треугольника-подсказки Вы не будете путаться в формуле. Но лучше все таки ее выучить, как таблицу умножения.

    Выводы

    В завершении статьи сделаю вывод.

    Электрический ток — это направленный поток электронов от точки В с потенциалом минус к точке А с потенциалом плюс. И чем выше разность потенциалов между этими точками, тем больше электронов переместится из точки В в точку А, т.е. ток в цепи увеличится, при условии, что сопротивление цепи останется неизменным.

    Но сопротивление лампочки противодействует протеканию электрического тока. И чем больше сопротивление в цепи (последовательное соединение нескольких лампочек), тем меньше будет ток в цепи, при неизменном напряжении сети.

    P.S. Тут в интернете нашел смешную, но поясняющую карикатуру на тему закона Ома для участка цепи.

    Зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока . То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток , в свою очередь – это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля .

    Зависимость силы тока и напряжения

    Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением . Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.

    И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение.

    Связь с сопротивлением

    Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току . Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.

    Формула закона Ома для участка цепи

    Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

    Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

    где I – сила тока,
    U – напряжение,
    R – сопротивление.

    Применение закона Ома

    Закон Ома – один из основополагающих законов физики . Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе – это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека. Недаром есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома».

    U=IR и R=U/I

    Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот. Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново. Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи.

    Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.

    В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

    Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению

    Так записывается основная формула:

    Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:

    Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

    Формула мгновенной электрической мощности:

    Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.

    Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.

    Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.

    Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.

    Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.

    Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.

    Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.

    Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.

    Физический закон , определяющий связь (или электрического напряжения) с силой тока , протекающего в проводнике , и сопротивлением проводника. Установлен Георгом Омом в 1826 году и назван в его честь.

    Закон Ома для переменного тока

    Вышеприведённые соображения о свойствах электрической цепи при использовании источника (генератора) с переменной во времени ЭДС остаются справедливыми. Специальному рассмотрению подлежит лишь учёт специфических свойств потребителя, приводящих к разновремённости достижения напряжением и током своих максимальных значений, то есть учёта фазового сдвига .

    Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω {\displaystyle \omega } , а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости , индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

    U = I ⋅ Z {\displaystyle \mathbb {U} =\mathbb {I} \cdot Z}
    • U = U 0 e i ωt — напряжение или разность потенциалов,
    • I — сила тока,
    • Z = Re i δ — комплексное сопротивление (электрический импеданс),
    • R = √ R a 2 + R r 2 — полное сопротивление,
    • R r = ωL − 1/(ωC ) — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
    • R а — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
    • δ = − arctg (R r /R a ) — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.{i(\omega t+\varphi)},} что Im ⁡ U = U . {\displaystyle \operatorname {Im} \mathbb {U} =U.} Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как F = Im ⁡ F {\displaystyle F=\operatorname {Im} \mathbb {F} }

      Для участка цепи — самый пожалуй применяемый закон в электронике и электротехнике. За сложностью его формулировки кроется простота и изящество его применения.

      Формулируется он так: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению:

      Запомнить эту формулу очень легко, но если все-же не получается — изготовьте на картоне такой вот треугольничек, как на рисунке в начале статьи. Это волшебный треугольник закона Ома — достаточно закрыть ту величину, которую необходимо найти и оставшаяся часть треугольника покажет формулу нахождения.

      например, мы знаем напряжение работы лампочки и ее рабочий ток (на лампочках для фонариков они указываются прямо на цоколе). Каково же сопротивление нити накаливания этой лампочки? Все очень просто, закрываем сопротивление в треугольнике и видим, что остается напряжение деленное на ток.

      А теперь давайте разберемся, что же это все-таки значат все эти мудреные слова в определении.

      Итак два интересных труднопроизносимых слова, точнее словосочетания: прямо пропорциональна и обратно пропорциональна.

      Что же значит «величина тока прямо пропорциональна напряжению»? А это значит, что при увеличении напряжения на участке цепи, увеличивается и сила тока в этом участке. То есть, чем больше напряжение, тем больше ток. Это все справедливо для участка цепи с одним и тем же напряжением.

      Что касается «обратно пропорциональна его сопротивлению», то здесь все наоборот. Чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет по нему течь ток. Это справедливо в том случае, если к этому участку приложено одно и то же сопротивление.

      Давайте рассмотрим применение этого закона на простом примере. Возьмем обыкновенный фонарик с лампой накаливания, в который вставляются три «круглых» батарейки. Схема такого фонарика будет выглядеть следующим образом.

      В этой схеме GB1 — GB3 — это три батарейки, S1 — выключатель, HL1 — лампочка.

      Итак, как нам говорит закон Ома: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению. Берем для рассмотрения участок цепи, состоящий их лампочки.

      Теперь простой вопрос: от чего зависит яркость горения лампочки? Правильно — от силы тока, проходящего через нить накаливания этой лампочки. То есть яркость свечения лампочки мы можем использовать как показатель силы тока в цепи фонарика.

      И действительно, что будет со свечением лампочки если мы уберем одну батарейку и вместо нее вставим перемычку?

      Закон Ома для участка цепи

      Эмпирический физический закон Ома для участка цепи установил Georg Simon Ohm почти два столетия назад, и получил название в честь этого знаменитого физика из Германии.

      Именно этим законом определяется связь, которая возникает между электродвижущей силой источника, силой электротока и показателями сопротивления внутри проводника.

      Классическая формулировка

      Рассмотрим определение закона Ома.

      Весь объём прикладной электротехника базируется на физическом законе Ома и представлен двумя основными формами:

      • учacтoк электрoцепи;
      • пoлнaя электрoцепь.

      В классическом виде формулировка такого закона очень хорошо известна всем ещё со школьной скамьи: сила тока в электрической цепи является прямо пропорциональной показателям напряжения, а также обладает обратной пропорциональностью показателям сопротивления.

      Интегральная форма такого закона следующая: I = U / R, где

      • I – показатель силы тока, который проходит через участок электроцепи при показателях сопротивления, обозначаемых R;
      • U – показатель напряжения.

      Сопротивление или «R» принято считать наиболее важной характеристикой, что обусловлено зависимостью от таких параметров проводника.

      Необходимо помнить, что такая форма закона, помимо растворов и металлов, справедлива исключительно для электрических цепей, в которых отсутствует реальный источник тока или он идеален.

      Закон Ома для неоднородного участка цепи

      Участок любой электрической цепи является неоднородным, если в него подключен источник электродвижущей силы. Таким образом, в этой электроцепи отражается воздействие посторонних сил.

      I=ϕ21+ℰ/R+r, где

      • I — обозначение силы тока;
      • ϕ1 — обозначение пoтeнциaлa точки «A»;
      • ϕ2 — обозначение пoтeнциaлa точки «B»;
      • ℰ — показатели электродвижущей силы источника электрического тока в вольтах;
      • R — обозначение сопротивления участка;
      • r — внутреннее сопротивление источника тока.

      Закон Ома для участка цепи

      Для стандартных неоднородных участков характерным является наличие некоторой разницы потенциалов на концевой части электроцепи, а также внутренних скачков потенциалов.

      В последние годы индукционный счетчик электроэнергии выходит из обращения и заменяется более новыми моделями. Однако, такие приборы учета все же используются. В статье рассмотрим, как правильно установить индукционный счетчик.

      Сколько можно эксплуатировать электросчетчик по закону и кто должен его менять, читайте далее.

      В некоторых случаях выгодно использовать счетчик день-ночь. В каких случаях выгодны двойные тарифы и как снимать показания, расскажем в этой теме.

      Закон Ома для участка цепи

      Согласно закону, сила тока на участке электрической цепи имеет прямую пропорциональность уровню напряжения и обратную пропорциональность электрическому сопротивлению на данном участке.

      Например, если проводник обладает сопротивлением в 1 Ом и током в 1 Ампер, то его концах напряжение составит 1 Вольт, что означает падение напряжения или U = IR.

      Если концы проводника обладают напряжением в 1 Вольт и током в 1 Ампер, то показатели сопротивления проводника составят 1 Ом или R = U/I

      Участок цепи может быть представлен простой цепью с одним потребителем, параллельным подключением с парой потребителей, а также последовательным подключением и смешанным топом соединением, отличающимся совокупностью последовательного и параллельного подсоединения.

      Закон Ома для участка цепи с ЭДС

      ЭДС или электродвижущая сила является физической величиной, определяющей отношение посторонних сил в процессе перемещения заряда в сторону положительного полюса источника тока к величине данного заряда:

      • ε = Acт / q
      • ε – электродвижущая сила;
      • Acт – работа сторонних сил;
      • q – заряд;

      Единица измерения электродвижущей силы – В (вольт)

      Закон Ома для участка цепи с ЭДС

      Аналитическое выражение закона для участка цепи с источником электродвижущей силы следующее:

      • I = (φa – φc + E) / R = (Uac + E) / R;
      • I = (φa – φc – E) / R = (Uac – E) / R;
      • I = E /(R+ r), где
      • Е – показатели электродвижущей силы.

      Электрический ток в этом случае представляет собой алгебраическую сумму, полученную при сложении показателей напряжения на зажимах с показателями электродвижущей силы, разделенной на показатели сопротивления.

      Правило, касающееся наличия одного ЭДС гласит: наличие постоянного тока предполагает поддерживание неизменной разности потенциалов на концах электрической цепи посредством стандартного источника тока.

      Внутри источника электрического тока положительный заряд переносится в сторону большего потенциала с разделением зарядов на положительные и отрицательно заряженные частицы.

      Закон Ома для участка цепи без ЭДС

      Нужно учитывать, что для участка цепи, не содержащего источника электродвижущей силы, устанавливается связь, возникающая между электрическим током и показателями напряжения на данном участке.

      I = Е / R

      Согласно данной формуле, сила тока имеет прямую пропорциональность напряжению на концах участка электрической цепи и обратную пропорциональность показателям сопротивления на этом участке.

      Источник электродвижущей силы

      Благодаря внешним характеристикам ЭДС определяется степень зависимости показателей напряжения на зажимах источника и величины нагрузки.

      Например, U= E-R0 х I, в соответствии с двумя точками: I=0 E=U и U=0 E=R0I.

      Идеальный источник электродвижущей силы: R0=0, U=E. В этом случае величина нагрузки не оказывает воздействия на показатели напряжения.

      Эмпирический физический закон Ома для полной цепи определяет два следствия:

      • В условиях r < < R, показатели силы тока в электрической цепи являются обратно пропорциональными показателям сопротивления. В некоторых случаях источник может являться источником напряжения.
      • В условиях r > > R, свойства внешней электрической цепи или величина нагрузки не оказывают влияния на показатели сила тока, а источник может назваться источником тока.

      Электродвижущая сила, находящаяся в условиях замкнутой цепи с электрическим током, чаще всего равна: Е = Ir + IR = U(r) + U(R)

      Таким образом, ЭДС можно определить, как скалярную физическую величину, отражающую воздействие сторонних сил неэлектрического происхождения.

      Принятые единицы измерения

      К основным, общепринятым единицам измерения, которые используются при выполнении любых расчётов, касающихся закона Ома, относятся:

      • отражение показателей напряжения в вольтах;
      • отражение показателей тока в амперах;
      • отражение показателей сопротивления в омах.

      Любые другие величины перед тем, как приступить к расчётам, необходимо в обязательном порядке перевести в общепринятые.

      Важно помнить, что физический закон Ома не соблюдается в следующих случаях:

      • высокие частоты, сопровождающиеся значительной скоростью изменений электрического поля;
      • при сверхпроводимости в условиях низкотемпературных режимов;
      • в лампах накаливания, что обусловлено ощутимым нагревом проводника и отсутствием линейности напряжения;
      • при наличии пробоя, вызванного воздействием на проводник или диэлектрик напряжения с высокими показателями;
      • внутри вакуумных источников света и электронных ламп, заполненных газовыми смесями, включая люминесцентные осветительные приборы.

      Такое же правило распространяется на гетерогенные полупроводники и полупроводниковые приборы, характеризующиеся наличием p/n-переходов, включая диодные и транзисторные элементы.

      Чем точнее счетчик измеряет затраченную электроэнергию, тем лучше. Класс точности электросчетчика отражает возможную погрешность прибора учета.

      О такой величине как коэффициент трансформации счетчика электроэнергии, поговорим в этом материале.

      Видео на тему

      Закон Ома для электрической цепи

      Электрический ток, как и любой процесс, подчиняется законам физики. Знаменитый немецкий физик Георг Симон Ом, именем которого названа единица измерения сопротивления, в 1826 году эмпирически вывел формулы, связывающие между собой ток, напряжение и сопротивление. Поначалу закон вызвал недоверие и критику в научных кругах. Затем правильность его рассуждений была подтверждена французом Клодом Пулье и труды Ома получили заслуженное признание.

      Закон Ома для электрической цепи (полной)

      Частный случай – закон Ома для участка цепи:

      Обозначение

      Единица измерения

      Физический смысл

      IАмперСила тока в цепи
      ԑВольтЭлектродвижущая сила (э.д.с.) источника питания
      rОмВнутреннее сопротивление источника питания
      RОмСопротивление нагрузки, подключенной и источнику
      UВольтПадение напряжения на сопротивлении нагрузки
      Поясняющая схема к закону Ома

      Добавим к этим формулам еще и электрическую мощность, выделяемую при прохождении тока:

      В результате получается ряд формул, которые выводятся математически. Они связывают между собой все перечисленные физические величины.

      Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

      Электродвижущая сила источника напряжения характеризует его способность обеспечивать постоянную разность потенциалов на выводах. Эта сила имеет неэлектрическую природу: химическую у батареек, механическую – у генераторов.

      Какова роль внутреннего сопротивления источника питания и что это такое? Допустим, вы замкнули накоротко выводы автомобильного аккумулятора медным проводником небольшого сечения. В физическом смысле вы подключили к источнику постоянного тока сопротивление, близкое к нулю. Если воспользоваться формулой для участка цепи, то через аккумулятор и проволоку должен пойти ток бесконечно большой величины. На деле этого не происходит, но проволока сгорит.

      Теперь замкнем этой же проволокой батарейку. Ток через нее пойдет меньший. Это объясняется большим, чем у аккумулятора, значением внутреннего сопротивления. При малом сопротивлении нагрузки формула закона для полной цепи превращается в

      В итоге ток через замкнутую накоротко батарейку будет иметь конечное значение, а мощность приведет к нагреву батарейки. Если бы мы замкнули аккумулятор более толстым проводом, выдержавшим ток короткого замыкания, то он ощутимо нагрел бы источник изнутри.

      Э.Д.С. источника можно с некоторой точностью измерить вольтметром с высоким входным сопротивлением. Внутреннее же сопротивление источника нельзя измерить напрямую, а только рассчитать.

      Закон Ома для переменного тока

      На переменном токе в формуле закона Ома используется не активное, а полное сопротивление (Z).

      Эта величина учитывает и активное, и реактивное сопротивление нагрузки, которое в свою очередь имеет индуктивную

      и емкостную

      составляющие.

      Общее реактивное сопротивление цепи:

      Знак (-) означает, что индуктивный и емкостной токи находятся в противофазе и друг друга компенсируют.

      Оцените качество статьи:

      Закон Ома для участка цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

      Закон Ома для однородного участка элект­рической цепи кажется до­вольно простым: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна на­пряжению на концах этого участка и об­ратно пропорциональна его сопротивлению:

      I = U / R,

      где I —сила тока в участке цепи; U — на­пряжение на этом участке; R — сопротив­ление участка.

      После известных опытов Эрстеда, Ам­пера, Фарадея возник вопрос: как зависит ток от рода и характеристик источника то­ка, от природы и характеристик провод­ника, в котором существует ток. Попытки установить такую зависимость удались лишь в 1826—1827 гг. немецкому физику, учи­телю математики и физики Георгу Симону Ому (1787—1854). Он разработал установку, в которой в значительной степени можно было устранить внешние влияния на ис­точник тока, исследуемые проводники и т. п. Следует также иметь в виду: для многих ве­ществ, которые проводят электрический ток, закон Ома вообще не выполняется (полу­проводники, электролиты). Металлические же проводники при нагревании увеличи­вают свое сопротивление.

      Ом (Ohm) Георг Симон (1787—1854) — немецкий физик, учитель математики и физики, член-корреспондент Берлин­ской АН (1839). С 1833 г. профессор и с 1839 г. ректор Нюрнбергской высшей по­литехнической школы, в 1849—1852 гг.— профессор Мюнхенского университе­та. Открыл законы, названные его име­нем, для однородного участка цепи и для полной цепи, ввел понятие элект­родвижущей силы, падения напряже­ния, электрической проводимости. В 1830 г. произвел первые измерения электродвижущей силы источника тока.

      В формулу закона Ома для однородного участка цепи входит напряжение U, которое измеряется работой, выполняемой при пе­ренесении заряда в одну единицу в данном участке цепи:

      U = A / q,

      где A — работа в джоулях (Дж), заряд q — в кулонах (Кл), а на­пряжение U — в вольтах (В).

      Из формулы для закона Ома можно лег­ко определить значение сопротивления для участка цепи:

      R = U / I.

      Если напряжение определено в вольтах, а сила тока — в амперах, то значение со­противления получается в омах (Ом):

      Ом = В/А.

      На практике часто используются меньшие или большие единицы для измерения сопро­тивления: миллиом (1мОм = 10 Ом), килоом (1кОм = 103 Ом), мегаом (1МОм = 106 Ом) и т. п. Материал с сайта http://worldofschool.ru

      Закон Ома для однородного участка цепи можно выразить через плотность тока и на­пряженность электрического поля в нем. В самом деле, с одной стороны, I = jS, а с дру­гой — I = (φ1 — φ2) / R = —Δφ / R. Если имеем однородный проводник, то и напряженность элект­рического поля в нем будет одинаковой и равной E = —Δφ / l. Вместо R подставляем его значение ρ • l / S и получаем:

      j = —Δφ / ρl = (-1 / ρ) • (Δφ / l) = (1 / ρ) • E = σE.

      Учитывая, что плотность тока и напряженность поля величины векторные, имеем закон Ома в наиболее общем виде:

      j̅ = σ͞E.

      Это — одно из важнейших уравнений электродинамики, оно справедливо в любой точке электрического поля.

      На этой странице материал по темам:
      • Закон ома для участка цепи лекция

      • Реферат по физике закон ома для участка цепи

      • Название формулы,плотность,вес тела,закон ома для участка электрической цепи

      • Закон ома кратко шпаргалка

      • Закон ома для участков цепи. краткий конспект

      Вопросы по этому материалу:
      • Какие электрические величины и как объединяет между собой за­кон Ома для однородного участка цепи?

      • Что такое электрическое напряжение?

      • Как определяется сопротивление проводников?

      • Как формулируется закон Ома для каждой точки проводника с током, который объединяет такие электрические величины: плотность тока, удельные сопротивление или электропроводимость вещества проводника и напряженность электрического поля в данной точке проводника?

      Что такое удельное сопротивление — формулы и единицы »Электроника

      Удельное электрическое сопротивление является ключевым параметром для любого материала, используемого в электрических цепях, электронных компонентах и ​​многих других предметах.


      Учебное пособие по сопротивлению Включает:
      Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Сопротивление лампы накаливания Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов


      Удельное сопротивление — это мера сопротивления определенного размера материала определенного размера электрической проводимости.

      Удельное сопротивление также может называться удельным электрическим сопротивлением или объемным сопротивлением, хотя эти термины используются менее широко.

      Хотя материалы сопротивляются прохождению электрического тока, некоторые из них проводят его лучше, чем другие.

      Удельное сопротивление — это показатель, позволяющий сравнивать то, как различные материалы допускают или препятствуют протеканию тока.

      Чтобы значения удельного сопротивления были значимыми, для удельного сопротивления используются определенные единицы, и есть формулы для его расчета и соотнесения его с сопротивлением в Ом для данного размера материала.

      Материалы, которые легко проводят электрический ток, называются проводниками и имеют низкое удельное сопротивление. Те, которые плохо проводят электричество, называются изоляторами, и эти материалы обладают высоким удельным сопротивлением.

      Удельное сопротивление различных материалов играет важную роль при выборе материалов, используемых для электрических проводов во многих электронных компонентах, включая резисторы, интегральные схемы и многое другое.

      Определение удельного сопротивления и единицы

      Удельное электрическое сопротивление образца материала может также быть известно как его удельное электрическое сопротивление.Это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.

      Определение удельного сопротивления:

      Удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

      Удельное электрическое сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения при заданной температуре.

      Единицей измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ является ом · метр (Ом · м). Обычно обозначается греческой буквой ρ, ро.

      Хотя обычно используется единица измерения удельного сопротивления в системе СИ, омметр, иногда значения могут быть выражены в омах сантиметрах, Ом⋅см.

      В качестве примера, если твердый куб из материала с размерами 1 M 3 имеет листовые контакты на двух противоположных гранях, которые сами по себе не создают никакого сопротивления, а сопротивление между контактами составляет 1 Ом, тогда удельное сопротивление материала называется 1 & Omega: & dot; ⋅m.-2

      Многие резисторы и проводники имеют одинаковое поперечное сечение с равномерным течением электрического тока. Следовательно, можно создать более конкретную, но более широко используемую формулу или уравнение электрического сопротивления:

      Где:
      R — электрическое сопротивление однородного образца материала, измеренное в омах,
      l — длина куска материала, измеренная в метрах, м
      A — площадь поперечного сечения образца, измеренная в квадратных метрах, м ^ 2

      Из уравнений видно, что сопротивление можно изменять, изменяя множество различных параметров.

      Например, сохраняя постоянное удельное сопротивление материала, сопротивление образца можно увеличить, увеличив длину или уменьшив площадь поперечного сечения. Из уравнений удельного сопротивления также видно, что увеличение удельного сопротивления материала приведет к увеличению сопротивления при тех же размерах. Аналогичным образом уменьшение удельного сопротивления приведет к уменьшению сопротивления.

      Уровни сопротивления материалов

      Материалы делятся на разные категории в зависимости от их уровня или удельного сопротивления.-8

      Полупроводники

      Переменная *

      Сверхпроводники

      0

      * Уровень проводимости полупроводников зависит от уровня легирования. Без легирования они выглядят почти как изоляторы, но с легированием доступны носители заряда, и сопротивление резко падает.Аналогично для электролитов уровень удельного сопротивления варьируется в широких пределах.

      Определение удельного сопротивления гласит, что удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

      Удельное сопротивление обычно измеряется в Омметрах. Это означает, что удельное сопротивление измеряется для куба материала размером метр в каждом направлении.


      Практическое значение удельного сопротивления

      Удельное сопротивление материалов важно, поскольку оно позволяет использовать правильные материалы в нужных местах в электрических и электронных компонентах.

      Материалы, используемые в качестве проводников, например в электрических и общих соединительных проводах, должны иметь низкий уровень удельного сопротивления. Это означает, что для данной площади поперечного сечения сопротивление провода будет низким. Выбор правильного материала зависит от знания его свойств, одним из которых является его удельное сопротивление.

      Например, медь является хорошим проводником, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления, ее стоимость не слишком высока, а также она обеспечивает другие физические характеристики, которые полезны во многих электрических и электронных приложениях. Удельное сопротивление меди составляет около 1,7 x 10 -8 Ом · м (или 17 н · м), хотя цифры могут незначительно отличаться в зависимости от марки меди

      .

      Такие материалы, как медь и даже алюминий, обладают низким удельным сопротивлением, что делает их идеальными для использования в качестве электрических проводов и кабелей, причем медь часто является фаворитом.Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но, поскольку они значительно дороже, они не получили широкого распространения. Тем не менее, серебро иногда используется для обшивки проводов там, где необходимо его низкое удельное сопротивление, а золотое покрытие используется для сопрягаемых поверхностей многих электронных разъемов, чтобы обеспечить наилучшие контакты. Золото также хорошо подходит для электрических разъемов, поскольку оно не тускнеет и не окисляется, как другие металлы.

      На соединительных контактах многоходового разъема для печатной платы нанесено золотистое покрытие для уменьшения контактного сопротивления и предотвращения потускнения.

      В качестве изоляторов требуются другие материалы, обеспечивающие минимальный ток.Удельное сопротивление изолятора будет на много порядков выше. Одним из примеров является воздух, и у него очень высокий показатель удельного сопротивления, превышающий 1,5 x 10 14 , что, как можно видеть, очень, очень много выше, чем удельное сопротивление меди.

      Удельное электрическое сопротивление играет важную роль во многих других электронных компонентах. В резисторах, например, удельное сопротивление различных материалов играет ключевую роль в обеспечении правильного сопротивления резисторов.

      Удельное сопротивление также играет ключевую роль в других электронных компонентах.Для интегральных схем очень важно удельное сопротивление материалов в микросхеме. Некоторые области должны иметь очень низкое сопротивление и иметь возможность соединять различные области ИС внутри, тогда как другие материалы должны изолировать разные области. Опять же, для этого важно сопротивление.

      Удельное сопротивление играет ключевую роль во многих областях электронных компонентов, а также многих электрических деталей.

      Удельное электрическое сопротивление — ключевой параметр для материала, который будет использоваться в электрических и электронных системах.Эти вещества с высоким электрическим сопротивлением называются изоляторами и могут использоваться для этой цели. Они с низким уровнем удельного электрического сопротивления являются хорошими проводниками и могут использоваться во множестве приложений, от проводов до электрических соединений и многого другого.

      Другие основные концепции электроники:
      Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
      Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

      Сопротивление | электроника | Britannica

      Узнайте, как сопротивление влияет на поток электронов в электрической цепи

      В каждой электрической цепи есть некоторое сопротивление потоку электрического тока, даже в материалах, которые являются хорошими проводниками.

      Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

      Сопротивление , в электричестве, свойство электрической цепи или части цепи, которая преобразует электрическую энергию в тепловую энергию в противодействии электрическому току.Сопротивление включает столкновения заряженных частиц с током с неподвижными частицами, составляющими структуру проводников. Сопротивление часто считается локализованным в таких устройствах, как лампы, нагреватели и резисторы, в которых оно преобладает, хотя оно характерно для каждой части цепи, включая соединительные провода и линии электропередачи.

      Рассеивание электрической энергии в виде тепла, даже если оно небольшое, влияет на величину электродвижущей силы или управляющего напряжения, необходимого для создания заданного тока в цепи.Фактически, электродвижущая сила В (измеренная в вольтах) в цепи, деленная на ток I (амперы), протекающий через эту цепь, количественно определяет величину электрического сопротивления R. Точнее, R = V / I. Таким образом, если 12-вольтовая батарея постоянно пропускает двухамперный ток по длине провода, провод имеет сопротивление шесть вольт на ампер или шесть Ом. Ом — это общепринятая единица электрического сопротивления, эквивалентная одному вольту на ампер и обозначаемая заглавной греческой буквой омега (Ом).Сопротивление провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Сопротивление также зависит от материала проводника. См. Удельное сопротивление .

      Сопротивление проводника или элемента схемы обычно увеличивается с повышением температуры. При охлаждении до крайне низких температур некоторые проводники имеют нулевое сопротивление. В этих веществах, называемых сверхпроводниками, продолжают течь токи после снятия приложенной электродвижущей силы.

      Величина, обратная сопротивлению, 1/ R, , называется проводимостью и выражается в единицах обратного сопротивления, называемых mho.

      Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

      Удельное сопротивление — AP Physics 1

      Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее то информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

      Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

      Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

      Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

      Вы должны включить следующее:

      Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

      Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

      Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
      101 S. Hanley Rd, Suite 300
      St. Louis, MO 63105

      Или заполните форму ниже:

      9.3 Удельное сопротивление и сопротивление — University Physics Volume 2

      Задачи обучения

      К концу этого раздела вы сможете:

      • Различия между сопротивлением и удельным сопротивлением
      • Определите термин проводимость
      • Опишите электрический компонент, известный как резистор
      • Укажите взаимосвязь между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
      • Укажите взаимосвязь между удельным сопротивлением и температурой

      Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

      Удельное сопротивление

      Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле E → E →, и заряды в проводнике ощущают силу, создаваемую электрическим полем. Полученная плотность тока J → J → зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю.В этих случаях плотность тока можно смоделировать как

      где σσ — удельная электропроводность. Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Поскольку удельная электропроводность σ = J / Eσ = J / E, единицы равны

      . σ = [Дж] [Э] = А / м2В / м = АВ · м. σ = [Дж] [Э] = А / м2В / м = АВ · м.

      Здесь мы определяем единицу, называемую ом с греческим символом омега в верхнем регистре, ΩΩ.Устройство названо в честь Георга Симона Ома, о котором мы поговорим позже в этой главе. ΩΩ используется, чтобы избежать путаницы с числом 0. Один Ом равен одному вольту на ампер: 1Ω = 1V / A1Ω = 1V / A. Таким образом, единицы электропроводности равны (Ом · м) -1 (Ом · м) -1.

      Электропроводность — это внутреннее свойство материала. Другим внутренним свойством материала является удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала — это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.Символ удельного сопротивления — строчная греческая буква ро, ρρ, а удельное сопротивление — величина, обратная удельной электропроводности:

      .

      Единицей измерения удельного сопротивления в системе СИ является ом-метр (Ом · м) (Ом · м). Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

      Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем. Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением.Хорошие изоляторы обладают низкой проводимостью и высоким удельным сопротивлением. В таблице 9.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.

      7386″ summary=»Table 9.1 Resistivities and Conductivities of Various Materials at 20 °C [1] Values depend strongly on amounts and types of impurities.»>
      Материал Электропроводность, σσ
      (Ом · м) −1 (Ом · м) −1
      Удельное сопротивление, ρρ
      (Ом · м) (Ом · м)
      Температура
      Коэффициент, αα
      (° C) -1 (° C) -1
      Проводники
      Серебро 6.29 × 1076,29 × 107 1,59 × 10–81,59 × 10–8 0,0038
      Медь 5,95 × 1075,95 × 107 1,68 × 10–81,68 × 10–8 0,0039
      Золото 4,10 × 1074,10 × 107 2,44 × 10–82,44 × 10–8 0,0034
      Алюминий 3,77 × 1073,77 × 107 2,65 × 10–82,65 × 10–8 0,0039
      Вольфрам 1,79 × 1071,79 × 107 5.60 × 10–85,60 × 10–8 0,0045
      Утюг 1,03 × 1071,03 × 107 9,71 × 10–89,71 × 10–8 0,0065
      Платина 0,94 × 1070,94 × 107 10,60 × 10-8 10,60 × 10-8 0,0039
      Сталь 0,50 × 1070,50 × 107 20,00 × 10–820,00 × 10–8
      Свинец 0,45 × 1070,45 × 107 22,00 × 10–822,00 × 10–8
      Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0.21 × 1070,21 × 107 48,20 × 10-848,20 × 10-8 0,000002
      Константан (сплав Cu, Ni) 0,20 × 1070,20 × 107 49,00 × 10–849,00 × 10–8 0,00003
      Меркурий 0,10 × 1070,10 × 107 98,00 × 10-898,00 × 10-8 0,0009
      Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,10 × 1070,10 × 107 100,00 × 10-8 100,00 × 10-8 0,0004
      Полупроводники [1]
      Углерод (чистый) 2.86 × 1042,86 × 104 3,50 × 10–53,50 × 10–5 -0,0005
      Углерод (2,86–1,67) × 10–6 (2,86–1,67) × 10–6 (3,5-60) × 10-5 (3,5-60) × 10-5 -0,0005
      Германий (чистый) 600 × 10−3600 × 10−3 -0,048
      Германий (1-600) × 10-3 (1-600) × 10-3 -0,050
      Кремний (чистый) 2300 −0.075
      Кремний 0,1−23000,1−2300 -0,07
      Изоляторы
      Янтарь 2,00 × 10–152,00 × 10–15 5 × 10145 × 1014
      Стекло 10−9−10−1410−9−10−14 109−1014109−1014
      Люцит <10-13 <10-13 > 1013> 1013
      Слюда 10-11-10-1510-11-10-15 1011−10151011−1015
      Кварц (плавленый) 1.33 × 10–181,33 × 10–18 75 × 101675 × 1016
      Резина (твердая) 10-13-10-16 10-13-10-16 1013−10161013−1016
      Сера 10-15 10-15 10151015
      Тефлон TM <10-13 <10-13 > 1013> 1013
      Дерево 10-8-10-1110-8-10-11 108−1011108−1011

      Таблица 9.1 Удельное сопротивление и проводимость различных материалов при 20 ° C [1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.

      Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться.Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

      Проверьте свое понимание 9,5

      Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий рейтинг электропроводности и, следовательно, самый низкий рейтинг удельного сопротивления среди всех недрагоценных металлов.Также важна прочность на разрыв, где прочность на разрыв является мерой силы, необходимой для того, чтобы подтянуть объект к точке, где он сломается. Прочность материала на разрыв — это максимальная величина растягивающего напряжения, которое он может выдержать перед разрушением. Медь имеет высокий предел прочности на разрыв, 2 × 108 Нм22 × 108 Нм2. Третья важная характеристика — пластичность. Пластичность — это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью.Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью. Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем преимущества и недостатки?

      Температурная зависимость удельного сопротивления

      Вернувшись к Таблице 9.1, вы увидите столбец «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. У некоторых материалов, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры.Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в решетчатой ​​структуре металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:

      ρ≈ρ0 [1 + α (T − T0)], ρ≈ρ0 [1 + α (T − T0)],

      9,7

      , где ρρ — удельное сопротивление материала при температуре T , αα — температурный коэффициент материала, а ρ0ρ0 — удельное сопротивление при T0T0, обычно принимаемое как T0 = 20.00 ° CT0 = 20,00 ° C.

      Отметим также, что температурный коэффициент αα отрицателен для полупроводников, перечисленных в Таблице 9.1, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

      Сопротивление

      Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента.Сопротивление — это мера того, насколько сложно пропустить ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление является характеристикой материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление является характеристикой провода или компонента.

      Для расчета сопротивления рассмотрим участок токопроводящего провода с площадью поперечного сечения A , длиной L и удельным сопротивлением ρ.ρ. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая на нем разность потенциалов ΔVΔV (Рисунок 9.13). Разность потенциалов создает электрическое поле, которое пропорционально плотности тока, согласно E → = ρJ → E → = ρJ →.

      Рис. 9.13 Потенциал, обеспечиваемый батареей, прикладывается к сегменту проводника с площадью поперечного сечения A, и длиной L .

      Величина электрического поля на отрезке проводника равна напряжению, деленному на длину, E = V / LE = V / L, а величина плотности тока равна току, деленному на поперечную длину. площадь сечения, J = I / A.J = I / A. Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:

      E = ρJVL = ρIAV = (ρLA) I.E = ρJVL = ρIAV = (ρLA) I.

      Сопротивление

      Отношение напряжения к току определяется как сопротивление R :

      Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:

      R≡VI = ρLA.R≡VI = ρLA.

      9,9

      Единицей измерения сопротивления является ом, ОмΩ. Для заданного напряжения чем выше сопротивление, тем ниже ток.

      Резисторы

      Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения. На рисунке 9.14 показаны символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два обычно используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC).Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но отметим, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.

      Рисунок 9.14 Символы резистора, используемого в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (б) символ IEC.

      Зависимость сопротивления от материала и формы

      Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения A и длиной L , изготовленный из материала с удельным сопротивлением ρρ (Рисунок 9.15). Сопротивление резистора R = ρLAR = ρLA.

      Рис. 9.15. Модель резистора в виде однородного цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A . Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше его площадь поперечного сечения A , тем меньше его сопротивление.

      Наиболее распространенным материалом для изготовления резистора является углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, к нему прикреплены два медных провода.Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным. Опять же, в концы резистора вставляются медные провода. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рисунке 9.16.

      Рисунок 9.16 Многие резисторы имеют вид, показанный на рисунке выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют собой первые две цифры сопротивления резистора.Третий цвет — множитель. Четвертый цвет обозначает допуск резистора. Показанный резистор имеет сопротивление 20 × 105 Ом ± 10% 20 × 105 Ом ± 10%.

      Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012 Ом 10 12 Ом или более. Сопротивление сухого человека может составлять 105 Ом 105 Ом, в то время как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом 103 Ом. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10-5 Ом10-5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах.Как мы видели, сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.

      Пример 9,5

      Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для токоведущего провода
      Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле медного провода длиной 5 м и диаметром 2,053 мм (калибр 12), по которому проходит ток I = 10 мА I = 10 мА.
      Стратегия
      Мы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, которая равна A = 3.31 мм2, A = 3,31 мм2, а определение плотности тока J = IAJ = IA. Сопротивление можно найти, используя длину провода L = 5,00 мл = 5,00 м, площадь и удельное сопротивление меди ρ = 1,68 × 10-8 Ом · мρ = 1,68 × 10-8 Ом · м, где R = ρLAR = ρLA. Удельное сопротивление и плотность тока можно использовать для определения электрического поля.
      Решение
      Сначала рассчитываем плотность тока: J = IA = 10 × 10–3A3,31 × 10–6м2 = 3,02 × 103Am2. J = IA = 10 × 10–3A3,31 × 10–6м2 = 3,02 × 103Am2.

      Сопротивление провода

      R = ρLA = (1,68 × 10-8 Ом · м) 5.00 м3,31 × 10–6 м2 = 0,025 Ом. R = ρLA = (1,68 × 10–8 Ом · м) 5,00 м3,31 × 10–6 м2 = 0,025 Ом.

      Наконец, мы можем найти электрическое поле:

      E = ρJ = 1,68 × 10–8 Ом · м (3,02 × 103Am2) = 5,07 × 10–5Vm. E = ρJ = 1,68 × 10–8 Ом · м (3,02 × 103Am2) = 5,07 × 10–5Vm.
      Значение
      Исходя из этих результатов, неудивительно, что медь используется для проводов, проводящих ток, потому что сопротивление довольно мало. Обратите внимание, что плотность тока и электрическое поле не зависят от длины провода, но напряжение зависит от длины.

      Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку R0R0 прямо пропорционально ρ.ρ. Для цилиндра мы знаем, что R = ρLAR = ρLA, поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R имеет ту же температурную зависимость, что и ρ.ρ. (Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на ρ.) ρ.) Таким образом,

      R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT)

      9,10

      — это температурная зависимость сопротивления объекта, где R0R0 — исходное сопротивление (обычно принимаемое равным 20,00 ° C) 20,00 ° C), а R — сопротивление после изменения температуры ΔT.ΔT. Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре T = 20,00 ° CT = 20,00 ° C.

      Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (рисунок 9.17). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

      Рис. 9.17 Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.

      Пример 9.6

      Расчет сопротивления
      Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ0 (1 + αΔT), ρ = ρ0 (1 + αΔT) и R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT) для температурных изменений более 100 ° C 100 ° C , для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры.Вольфрамовая нить накала при 20 ° C20 ° C имеет сопротивление 0,350 Ом 0,350 Ом. Каким будет сопротивление при повышении температуры до 2850 ° C 2850 ° C?
      Стратегия
      Это прямое применение R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT), поскольку исходное сопротивление нити накала задается как R0 = 0,350ΩR0 = 0,350Ω, а изменение температуры составляет ΔT = 2830 ° CΔT. = 2830 ° С.
      Решение
      Сопротивление более горячей нити накала R получается путем ввода известных значений в приведенное выше уравнение: R = R0 (1 + αΔT) = (0.350 Ом) [1+ (4,5 × 10−3 ° C) (2830 ° C)] = 4,8 Ом.R = R0 (1 + αΔT) = (0,350 Ом) [1+ (4,5 × 10−3 ° C) ( 2830 ° C)] = 4,8 Ом.
      Значение
      Обратите внимание, что сопротивление изменяется более чем в 10 раз, когда нить накала нагревается до высокой температуры, а ток через нить зависит от сопротивления нити и приложенного напряжения. Если нить накаливания используется в лампе накаливания, начальный ток через нить накала при первом включении лампы будет выше, чем ток после того, как нить накала достигнет рабочей температуры.

      Проверьте свое понимание 9.6

      Тензодатчик — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей основы, поддерживающей рисунок из проводящей фольги. Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения основы. Как меняется сопротивление тензодатчика? Влияет ли тензодатчик на изменение температуры?

      Пример 9.7

      Сопротивление коаксиального кабеля
      Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, которые являются сигналами от другого оборудования и приборов.Коаксиальные кабели используются во многих случаях, когда требуется устранение этого шума. Например, их можно найти дома через кабельное телевидение или другие аудиовизуальные соединения. Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника с радиусом riri, окруженного вторым внешним концентрическим проводником с радиусом roro (рисунок 9.18). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например полиэтиленовым пластиком. Между двумя проводниками возникает небольшой ток радиальной утечки.Определите сопротивление коаксиального кабеля длиной L .

      Рисунок 9.18 Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических жил, разделенных изоляцией. Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных средствах связи.

      Стратегия
      Мы не можем напрямую использовать уравнение R = ρLAR = ρLA. Вместо этого мы смотрим на концентрические цилиндрические оболочки толщиной dr и интегрируем.
      Решение
      Сначала мы находим выражение для dR , а затем интегрируем от riri до roro, dR = ρAdr = ρ2πrLdr, R = ∫rirodR = ∫riroρ2πrLdr = ρ2πL∫riro1rdr = ρ2πLlnrori.dR = ρAdr = ρ2πrLdr, R = ∫rirodR = ∫riroρ2πrLdr = ρ2πL∫riro1rdr = ρ2πLlnrori.
      Значение
      Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов и удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника. Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к ослаблению (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.

      Проверьте свое понимание 9.7

      Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля и внутреннего и внешнего радиуса двух проводников.Если вы разрабатываете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?

      Физика — электрические свойства — Бирмингемский университет

      Электрическое сопротивление ( R ) компонента схемы, заданное законом Ома, представляет собой отношение напряжения ( В, ) к току ( I ), обычно выражаемое как В = IR . Его не следует путать с удельным сопротивлением ( ρ ) — внутренним свойством материала, которое указывает, насколько сильно он противостоит электрическому току.

      Сопротивление или удельное сопротивление?

      Компоненты схемы имеют характерное поведение сопротивления, что можно увидеть из графика зависимости их тока от напряжения. Резистор имеет постоянное значение сопротивления, лампа накаливания имеет сопротивление, которое увеличивается с температурой, а диод имеет очень высокое сопротивление в одном направлении.

      Для провода сопротивление ( R ) зависит от его длины, площади поперечного сечения и материала, из которого он сделан. Интуитивно понятно, что ток, протекающий в проводе, представляет собой воду, протекающую по трубе — провод большей длины (-1) будет иметь более высокое сопротивление, чем более короткий провод, а провод с меньшей площадью поперечного сечения ( A ) будет иметь более высокое сопротивление, чем устройство с большей площадью поперечного сечения. Удельное сопротивление ( ρ ) — постоянная, которая связывает все эти вещи вместе, определяемая уравнением:

      Мы можем измерить удельное сопротивление металла в лаборатории, измерив напряжение и ток на проводе известной длины и площади поперечного сечения, следуя принципиальной схеме ниже

      .

      Как мы исследуем удельное сопротивление в лаборатории?

      Как измерить удельное сопротивление провода?

      Каковы реальные приложения?

      Электричество стало частью нашей повседневной жизни, поэтому полезно хотя бы знать основные символы схем.Вот несколько распространенных примеров:

      Температура — это переменная, которая не фигурирует в нашем уравнении для удельного сопротивления, однако удельное сопротивление (и, следовательно, сопротивление) зависит от температуры и обычно задается при определенной температуре. Как правило, чем выше температура, тем больше удельное сопротивление. Один из способов представить это: чем горячее компонент, тем сильнее колеблются молекулы, затрудняя прохождение тока. Термисторы — это особый тип резистора, который особенно чувствителен к температуре.Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (или NTC) имеют уменьшающееся сопротивление с повышением температуры, поэтому обычно используются в качестве датчиков температуры для предотвращения условий перенапряжения в большинстве электронных устройств.

      Лабораторные признания

      Исследователи подкаста In the Laboratory Confessions рассказывают о своем лабораторном опыте в контексте практических экзаменов A Level. В этом выпуске мы рассмотрим приборы для измерения малых расстояний и принципиальные схемы.

      Какая связь между удельным сопротивлением и проводимостью?

      Обратное сопротивление составляет , проводимость ( σ ).Это показатель того, насколько хорошо материал действует как проводник. Сверхпроводники — это особый тип материала, который при охлаждении ниже характеристической температуры имеет сопротивление, близкое к нулю. Поскольку они не имеют сопротивления, постоянный электрический ток течет по поверхности сверхпроводника, что также исключает его внутренние силовые линии магнитного поля.

      Сопротивление традиционных проводников, таких как медь, не будет равным нулю, даже при охлаждении почти до абсолютного нуля, однако такие материалы, как оксид висмута, стронция, кальция, меди (BSCOO), имеют критические температуры для сверхпроводимости, такие как 77 градусов Кельвина, поэтому известны как высокотемпературные сверхпроводники.Их намного легче охладить до критических температур, чем традиционные сверхпроводники, которые часто имеют критические температуры около 30K, и для охлаждения требуется жидкий гелий, а не жидкий азот. Сверхпроводники находят широкое применение от исследований, в которых условия требуют небольшого сопротивления или его отсутствие (например, ускорители частиц), до разработки новых технологий (например, плавающих магнитных поездов) и сканеров МРТ.

      Следующие шаги

      Эти ссылки предоставляются только для удобства и информационных целей; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте.Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

      Электрическое сопротивление и класс удельного сопротивления десять по науке NCERT


      Сопротивление

      Сопротивление — это свойство проводника, благодаря которому он сопротивляется прохождению через него электрического тока. Компонент, который используется для сопротивления прохождению электрического тока в цепи, называется резистором.

      На практике резисторы используются для увеличения или уменьшения электрического тока.

      Переменное сопротивление: Компонент электрической цепи, который используется для регулирования тока; без изменения напряжения от источника; называется переменным сопротивлением.

      Реостат: Это устройство, которое используется в цепи для обеспечения переменного сопротивления.


      Причина сопротивления в проводнике:

      Поток электронов в проводнике — электрический ток.Частицы проводника создают препятствие потоку электронов; из-за притяжения между ними. Это препятствие является причиной сопротивления току электричества.

      Сопротивление в проводнике зависит от типа, длины и площади поперечного сечения проводника.

      Тип материала: Некоторые материалы создают наименьшие помехи и поэтому называются хорошими проводниками. Серебро — лучший проводник электричества. В то время как некоторые другие материалы создают больше препятствий для прохождения электрического тока, т.е.е. поток электронов через них. Такие материалы называют плохими проводниками. Плохие проводники также известны как изоляторы. Жесткий пластик — один из лучших изоляторов электричества.

      Длина проводника: Сопротивление R прямо пропорционально длине проводника. Это означает, что сопротивление увеличивается с увеличением длины проводника. Это причина того, что длинные электрические провода создают большее сопротивление электрическому току.

      Таким образом, сопротивление (R) ∝ длина проводника (l)

      или `R ∝ l` ——— (i)

      Площадь поперечного сечения: сопротивление R обратно пропорционально площади поперечного сечения (A) проводника.Это означает, что R будет уменьшаться с увеличением площади проводника и наоборот. Большая площадь проводника способствует прохождению электрического тока через большую площадь и, таким образом, снижает сопротивление. Это причина того, что толстый медный провод создает меньшее сопротивление электрическому току.

      Таким образом, `текст (сопротивление) ∝ (1) / (текст (Площадь))` поперечного сечения проводника (A)

      Или, `R∝1 / A` ——— (ii)

      Из уравнений (i) и (ii)

      `R∝l / A`

      Или, `R = ρ \ l / A` ———— (iii)

      Где ρ (rho) — константа пропорциональности.2) / (м) = & Ом; м`

      Таким образом, единицей измерения удельного сопротивления (ρ) в системе СИ является Ом · м

      Материалы с удельным сопротивлением в диапазоне от 10 −8 Ом · м до 10 −6 Ом · м считаются очень хорошими проводниками. Серебро имеет удельное сопротивление 1,60 X 10 −8 Ом · м, а медь имеет удельное сопротивление 1,62 X 10 −8 Ом · м.

      Резина и стекло — очень хорошие изоляторы. Они имеют удельное сопротивление порядка от 10 12 Ом · м до 10 17 Ом · м.2) `

      `= (10xx2 & ohm;) / (7.65xx10)`

      `= (2 Ом;) / (7,65) = 0,26 Ом;`

      Пример 4: Площадь поперечного сечения провода уменьшается вдвое, когда его длина увеличивается вдвое. Как изменится сопротивление провода в новом состоянии?

      Решение: Пусть площадь сечения провода =

      А

      Пусть длина проволоки перед натяжкой = L

      Пусть Сопротивление провода =

      R

      После натяжения проволоки пустить

      Площадь поперечного сечения = A / 2

      Длина = 2L

      Сопротивление = R1

      Таким образом, отношение сопротивления до растяжения к сопротивлению после растяжения можно представить следующим образом:

      Или, `R: R_1 = (ρL) / (A): (ρ2L) / (A / 2)`

      Или, `R: R_1 = (ρL) / (A): (4ρ L) / (A)`

      Или, `R: R_1 = 1: 4`

      Это означает, что R = 1 и R1 = 4

      Таким образом, после растяжения проволоки сопротивление увеличивается в четыре раза.


      5.3 Удельное сопротивление и сопротивление — Введение в электричество, магнетизм и схемы

      ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

      К концу этого раздела вы сможете:
      • Различия между сопротивлением и удельным сопротивлением
      • Определите термин проводимость
      • Опишите электрический компонент, известный как резистор
      • Укажите взаимосвязь между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
      • Укажите взаимосвязь между удельным сопротивлением и температурой

      Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов, которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

      Удельное сопротивление

      Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле, и заряды в проводнике ощущают силу, создаваемую электрическим полем. Плотность тока зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю.В этих случаях плотность тока можно смоделировать как

      где — электропроводность . Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Поскольку удельная электропроводность равна, единицы равны

      .

      Здесь мы определяем единицу с именем Ом с греческим символом омега в верхнем регистре,.Устройство названо в честь Георга Симона Ома, о котором мы поговорим позже в этой главе. Используется, чтобы избежать путаницы с числом. Один ом равен одному вольту на ампер:. Таким образом, единицы электропроводности.

      Электропроводность — это внутреннее свойство материала. Другим неотъемлемым свойством материала является удельное сопротивление , или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала — это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.Символ удельного сопротивления — строчная греческая буква ро, а удельное сопротивление — величина, обратная удельной электропроводности:

      .

      Единица измерения удельного сопротивления в единицах СИ — ом-метр. Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

      (5.3.1)

      Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем.Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением. Хорошие изоляторы обладают низкой проводимостью и высоким удельным сопротивлением. В таблице 5.3.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.

      (таблица 5.3.1)

      Таблица 5.3.1 Удельное сопротивление и удельная электропроводность различных материалов при
      [1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.

      Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления.У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

      ПРИМЕР 5.3.1


      Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для токоведущего провода

      Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле медного провода диаметром (), по которому проходит ток.

      Стратегия

      Мы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, а также определение плотности тока. Сопротивление можно найти, используя длину провода, площадь и удельное сопротивление меди, где.Удельное сопротивление и плотность тока можно использовать для определения электрического поля.

      Решение

      Сначала рассчитываем плотность тока:

      Сопротивление провода

      Наконец, мы можем найти электрическое поле:

      Значение

      Исходя из этих результатов, неудивительно, что медь используется для проводов, проводящих ток, потому что сопротивление довольно мало. Обратите внимание, что плотность тока и электрическое поле не зависят от длины провода, но напряжение зависит от длины.

      ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.5


      Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий рейтинг электропроводности и, следовательно, самый низкий рейтинг удельного сопротивления среди всех недрагоценных металлов. Также важна прочность на разрыв, где прочность на разрыв является мерой силы, необходимой для того, чтобы подтянуть объект к точке, где он сломается. Прочность материала на разрыв — это максимальная величина растягивающего напряжения, которое он может выдержать перед разрушением.Медь обладает высокой прочностью на разрыв. Третья важная характеристика — пластичность. Пластичность — это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью. Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью. Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем преимущества и недостатки?

      Температурная зависимость удельного сопротивления

      Возвращаясь к таблице 5.3.1 вы увидите столбец «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. У некоторых материалов, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в решетчатой ​​структуре металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры.Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:

      (5.3.2)

      где — удельное сопротивление материала при температуре, — температурный коэффициент материала, а — удельное сопротивление при, обычно принимаемое равным.

      Обратите внимание, что температурный коэффициент для полупроводников, перечисленных в Таблице 5.3.1, отрицательный, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока.Это свойство уменьшаться с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

      Сопротивление

      Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента. Сопротивление — это мера того, насколько сложно пропустить ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление является характеристикой материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление является характеристикой провода или компонента.

      Чтобы рассчитать сопротивление, рассмотрите сечение токопроводящего провода с площадью поперечного сечения, длиной и удельным сопротивлением. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая на нем разность потенциалов (рисунок 5.3.1). Разность потенциалов создает электрическое поле, пропорциональное плотности тока, согласно.

      (рисунок 5.3.1)

      Рисунок 5.3.1 Потенциал, создаваемый батареей, прикладывается к сегменту проводника с площадью поперечного сечения и длиной.

      Величина электрического поля на участке проводника равна напряжению, деленному на длину,, а величина плотности тока равна току, деленному на площадь поперечного сечения,. Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:

      СОПРОТИВЛЕНИЕ


      Отношение напряжения к току определяется как сопротивление :

      (5.3.3)

      Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:

      (5.3.4)

      Единица измерения сопротивления — Ом. Для заданного напряжения чем выше сопротивление, тем ниже ток.

      Резисторы

      Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения. Рисунок 5.3.2 показаны символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два обычно используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC). Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но отметим, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.

      (рисунок 5.3.2)

      Рисунок 5.3.2 Обозначения резистора, используемого в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (б) символ IEC.
      Зависимость сопротивления материала и формы от формы

      Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения и длиной, сделанный из материала с удельным сопротивлением (рисунок 5.3.3). Сопротивление резистора составляет.

      (рисунок 5.3.3)

      Рисунок 5.3.3 Модель резистора в виде однородного цилиндра длины и площади поперечного сечения.Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения, тем меньше сопротивление.

      Наиболее распространенным материалом для изготовления резистора является углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, к нему прикреплены два медных провода. Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным.Опять же, в концы резистора вставляются медные провода. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рисунке 5.3.4.

      (рисунок 5.3.4)

      Рисунок 5.3.4 Многие резисторы напоминают рисунок, показанный выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют собой первые две цифры сопротивления резистора. Третий цвет — множитель. Четвертый цвет обозначает допуск резистора.Показанный резистор имеет сопротивление.

      Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление или более. Сухой человек может иметь сопротивление руки к ноге, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.

      Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку оно прямо пропорционально. Мы знаем, что для цилиндра, если и не сильно изменяются с температурой, имеет ту же температурную зависимость, что и. (Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на и примерно на два порядка меньше, чем на.) Таким образом,

      (5.3.5)

      — это температурная зависимость сопротивления объекта, где — исходное сопротивление (обычно принимаемое равным), а — сопротивление после изменения температуры. Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре.

      Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (рисунок 5.3.5). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

      (рисунок 5.3.5)

      Рисунок 5.3.5 Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.

      ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.6


      Тензодатчик — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей основы, поддерживающей рисунок из проводящей фольги.Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения основы. Как меняется сопротивление тензодатчика? Влияет ли тензодатчик на изменение температуры?

      ПРИМЕР 5.3.3


      Сопротивление коаксиального кабеля

      Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, которые являются сигналами от другого оборудования и приборов. Коаксиальные кабели используются во многих случаях, когда требуется устранение этого шума. Например, их можно найти дома через кабельное телевидение или другие аудиовизуальные соединения.Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника с радиусом, окруженного вторым внешним концентрическим проводником с радиусом (рисунок 5.3.6). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например полиэтиленовым пластиком. Между двумя проводниками возникает небольшой ток радиальной утечки. Определите сопротивление коаксиального кабеля соответствующей длины.

      (рисунок 5.3.6)

      Рисунок 5.3.6 Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических жил, разделенных изоляцией.Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных средствах связи.
      Стратегия

      Мы не можем использовать уравнение напрямую. Вместо этого мы смотрим на концентрические цилиндрические оболочки с толщиной и интегрируем.

      Решение

      Сначала мы находим выражение, а затем интегрируем от до,

      Значение

      Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов, а также удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника.Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к ослаблению (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.

      ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.7


      Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля и внутреннего и внешнего радиуса двух проводников.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *