Специфичното електрическо съпротивление или просто специфичното съпротивление на веществото е физична величина, която характеризира способността на веществото да предотвратява преминаването на електрически ток.

Съпротивлението се обозначава с гръцката буква ρ. Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича специфична проводимост (електропроводимост). За разлика от електрическото съпротивление, което е свойство на проводника и зависи от неговия материал, форма и размер, електрическото съпротивление е свойство само на дадено вещество.

Електрическото съпротивление на хомогенен проводник със съпротивление ρ, дължина l и площ на напречното сечение S може да се изчисли по формулата (приема се, че нито площта, нито формата на напречното сечение се променят по протежение на проводника). Съответно за ρ,

От последната формула следва: физическият смисъл на специфичното съпротивление на дадено вещество се състои в това, че това е съпротивлението на хомогенен проводник, направен от това вещество с единица дължина и единица площ на напречното сечение.

Единицата за съпротивление в Международната система от единици (SI) е Ohm m.

От съотношението следва, че единицата за измерване на съпротивлението в системата SI е равна на такова специфично съпротивление на вещество, при което хомогенен проводник с дължина 1 m с площ на напречното сечение 1 m², направен от това вещество има съпротивление, равно на 1 Ohm. Съответно, съпротивлението на произволно вещество, изразено в единици SI, е числено равно на съпротивлението на секция от електрическа верига, направена от това вещество, с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 m².

Техниката също така използва остаряла извънсистемна единица Ohm mm² / m, равна на 10 −6 от 1 Ohm m. Тази единица е равна на такова специфично съпротивление на вещество, при което хомогенен проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm², направен от това вещество, има съпротивление, равно на 1 ом. Съответно специфичното съпротивление на дадено вещество, изразено в тези единици, е числено равно на съпротивлението на участък от електрическа верига, направен от това вещество, с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm².

Електродвижещата сила (ЕМС) е скаларна физическа величина, която характеризира работата на външните сили, т.е. всички сили от неелектрически произход, действащи в квазистационарни постоянни или променливи вериги. В затворена проводяща верига ЕМП е равна на работата на тези сили при преместване на един положителен заряд по цялата верига.

По аналогия със силата на електрическото поле се въвежда понятието интензитет на външните сили, което се разбира като векторно физическо количество, равно на съотношението на външната сила, действаща върху изпитвания електрически заряд, към големината на този заряд. Тогава в затворен контур ЕМП ще бъде равна на:

където е контурният елемент.

EMF, подобно на напрежението, се измерва във волтове в Международната система от единици (SI). Можем да говорим за електродвижеща сила във всяка част от веригата. Това е специфичната работа на външните сили не в цялата верига, а само в този участък. ЕМП на галванична клетка е работата на външни сили при преместване на един положителен заряд вътре в клетката от един полюс към друг. Работата на външните сили не може да се изрази чрез потенциалната разлика, тъй като външните сили са непотенциални и тяхната работа зависи от формата на траекторията. Така че, например, работата на външните сили при преместване на заряд между текущите клеми е извън себе си? източникът е нула.

• проводници;
• диелектрици (с изолационни свойства);
• полупроводници.

Електрони и ток

В основата на съвременната концепция за електрическия ток е предположението, че той се състои от материални частици - заряди. Но различни физически и химични експерименти дават основание да се твърди, че тези носители на заряд могат да бъдат от различни видове в един и същи проводник. И тази нехомогенност на частиците се отразява на плътността на тока. За изчисления, които са свързани с параметрите на електрическия ток, се използват определени физически величини. Сред тях важно място заема проводимостта заедно със съпротивлението.

• Проводимостта е свързана със съпротивлението чрез взаимна обратна връзка.

Известно е, че когато има определено напрежение, приложено към електрическа верига, в нея се появява електрически ток, чиято стойност е свързана с проводимостта на тази верига. Това фундаментално откритие е направено навремето от немския физик Георг Ом. Оттогава се използва закон, наречен закон на Ом. Съществува за различни варианти на веригата. Следователно формулите за тях могат да се различават една от друга, тъй като отговарят на напълно различни условия.

Всяка електрическа верига има проводник. Ако съдържа един вид частици носител на заряд, токът в проводника е като поток от течност с определена плътност. Определя се по следната формула:

Повечето метали съответстват на един и същ тип заредени частици, поради което има електрически ток. За металите изчисляването на електрическата проводимост се извършва по следната формула:

Тъй като проводимостта може да се изчисли, сега е лесно да се определи електрическото съпротивление. Вече беше споменато по-горе, че съпротивлението на проводник е реципрочната на проводимостта. Следователно,

В тази формула гръцката буква ρ (rho) се използва за означаване на електрическо съпротивление. Това обозначение се използва най-често в техническата литература. Можете обаче да намерите и малко по-различни формули, с помощта на които се изчислява съпротивлението на проводниците. Ако за изчисления се използва класическата теория на металите и електронната проводимост в тях, съпротивлението се изчислява по следната формула:

Има обаче едно „но“. Състоянието на атомите в металния проводник се влияе от продължителността на йонизационния процес, който се извършва от електрическо поле. При еднократно йонизиращо въздействие върху проводника, атомите в него ще получат еднократна йонизация, което ще създаде баланс между концентрацията на атоми и свободни електрони. И стойностите на тези концентрации ще бъдат равни. В този случай се осъществяват следните зависимости и формули:

Отклонения на проводимост и съпротивление

След това разглеждаме какво определя специфичната проводимост, която е обратно пропорционална на съпротивлението. Съпротивлението на веществото е доста абстрактна физическа величина. Всеки проводник съществува под формата на определен образец. Характеризира се с наличието на различни примеси и дефекти във вътрешната структура. Те се вземат предвид като отделни членове в израза, който определя съпротивлението в съответствие с правилото на Матисен. Това правило също така взема предвид разсейването на движещ се електронен поток върху възлите на кристалната решетка на пробата, които се колебаят в зависимост от температурата.

Наличието на вътрешни дефекти, като включвания на различни примеси и микроскопични кухини, също повишава съпротивлението. За да се определи количеството на примесите в пробите, съпротивлението на материалите се измерва за две температурни стойности на материала на пробата. Едната температурна стойност е стайна температура, а другата съответства на течен хелий. От отношението на резултата от измерването при стайна температура към резултата при температура на течен хелий се получава коефициент, който илюстрира структурното съвършенство на материала и неговата химическа чистота. Коефициентът се обозначава с буквата β.

Ако метална сплав с неподредена структура на твърд разтвор се разглежда като проводник на електрически ток, стойността на остатъчното съпротивление може да бъде значително по-голяма от съпротивлението. Такава характеристика на двукомпонентни метални сплави, които не са свързани с редкоземни елементи, както и с преходни елементи, е обхваната от специален закон. Нарича се закон на Нордхайм.

Съвременните технологии в електрониката все повече се насочват към миниатюризация. И то толкова много, че скоро вместо микросхема ще се появи думата "наносхема". Проводниците в такива устройства са толкова тънки, че би било правилно да ги наричаме метални филми. Съвсем ясно е, че филмовата проба със своето съпротивление ще се различава нагоре от по-големия проводник. Малката дебелина на метала във филма води до появата на полупроводникови свойства в него.

Пропорционалността между дебелината на метала и свободния път на електроните в този материал започва да се появява. Има малко място за движение на електроните. Поради това те започват да пречат един на друг да се движат по подреден начин, което води до увеличаване на съпротивлението. За метални филми съпротивлението се изчислява по специална формула, получена от експерименти. Формулата е кръстена на Фукс, учен, който изучава съпротивлението на филмите.

Филмите са много специфични образувания, които трудно се повтарят, така че свойствата на няколко проби са еднакви. За приемлива точност при оценката на филмите се използва специален параметър - специфичното повърхностно съпротивление.

Резисторите се образуват от метални филми върху субстрата на микросхемата. Поради тази причина изчисленията на съпротивлението са много изисквана задача в микроелектрониката. Стойността на съпротивлението, очевидно, се влияе от температурата и е свързана с нея чрез пряка пропорционална зависимост. За повечето метали тази зависимост има определен линеен участък в определен температурен диапазон. В този случай съпротивлението се определя по формулата:

В металите електрическият ток възниква поради големия брой свободни електрони, чиято концентрация е сравнително висока. Освен това електроните също определят високата топлопроводимост на металите. Поради тази причина е установена връзка между електропроводимостта и топлопроводимостта по специален закон, който е експериментално обоснован. Този закон на Видеман-Франц се характеризира със следните формули:

Примамливи перспективи за свръхпроводимост

Най-удивителните процеси обаче се случват при най-ниската технически постижима температура на течния хелий. При такива условия на охлаждане всички метали практически губят своето съпротивление. Медните проводници, охладени до температурата на течен хелий, са способни да провеждат токове, които са многократно по-големи от тези при нормални условия. Ако на практика това стане възможно, икономическият ефект би бил неоценим.

Още по-изненадващо беше откритието на високотемпературни проводници. Тези разновидности на керамиката при нормални условия бяха много далеч по своето съпротивление от металите. Но при температура от около три дузини градуса над течния хелий те станаха свръхпроводници. Откриването на това поведение на неметалните материали се превърна в мощен стимул за научни изследвания. Поради огромните икономически последици от практическото приложение на свръхпроводимостта, в тази посока бяха хвърлени много значителни финансови средства и започнаха мащабни изследвания.

Но засега, както се казва, „нещата все още са там“ ... Керамичните материали се оказаха неподходящи за практическа употреба. Условията за поддържане на състоянието на свръхпроводимост изискваха толкова големи разходи, че всички ползи от използването му бяха унищожени. Но експериментите със свръхпроводимостта продължават. Има прогрес. Свръхпроводимостта вече е получена при температура от 165 градуса по Келвин, но това изисква високо налягане. Създаването и поддържането на такива специални условия отново отрича търговската употреба на това техническо решение.

Допълнителни влияещи фактори

В момента всичко продължава да върви по свой собствен път, а за медта, алуминия и някои други метали съпротивлението продължава да осигурява промишлената им употреба за производството на проводници и кабели. В заключение си струва да добавим още малко информация, че не само съпротивлението на материала на проводника и температурата на околната среда влияят върху загубите в него по време на преминаване на електрически ток. Геометрията на проводника е много важна, когато се използва при повишена честота на напрежението и при висока сила на тока.

При тези условия електроните са склонни да се концентрират близо до повърхността на жицата и нейната дебелина като проводник губи значението си. Следователно е възможно оправдано да се намали количеството мед в проводника, като се направи само външната част на проводника от него. Друг фактор за увеличаване на съпротивлението на проводника е деформацията. Следователно, въпреки високата производителност на някои електропроводими материали, при определени условия те може да не се появят. Необходимо е да изберете правилните проводници за конкретни задачи. Таблиците по-долу ще ви помогнат с това.

14.04.2018

Като проводящи части в електрическите инсталации се използват проводници от мед, алуминий, техните сплави и желязо (стомана).

Медта е един от най-добре проводимите материали. Плътността на медта при 20 ° C е 8,95 g / cm 3, точката на топене е 1083 ° C. Медта е химически слабо активна, но лесно се разтваря в азотна киселина и се разтваря в разредена солна и сярна киселина само в присъствието на окислители агенти (кислород). Във въздуха медта бързо се покрива с тънък слой тъмно оцветен оксид, но това окисление не прониква дълбоко в метала и служи като защита срещу по-нататъшна корозия. Медта се поддава добре на коване и валцуване без нагряване.

Използва се за производство електролитна медв слитъци, съдържащи 99,93% чиста мед.

Електропроводимостта на медта силно зависи от количеството и вида на примесите и в по-малка степен от механичната и термична обработка. при 20 ° C е 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

За производството на проводници се използва мека, полутвърда или твърда мед със специфично тегло съответно 8,9, 8,95 и 8,96 g / cm 3.

За производството на части от тоководещи части се използва широко мед в сплави с други метали. Най-често използваните сплави са:

Месингът е сплав от мед и цинк, съдържаща най-малко 50% мед в сплавта, с добавяне на други метали. месинг 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Има месинг - томпак със съдържание на мед над 72% (има висока пластичност, антикорозионни и антифрикционни свойства) и специални месинги с добавка на алуминий, калай, олово или манган.

Месингов контакт

Бронзът е сплав от мед и калай с добавка от различни метали. В зависимост от съдържанието на основния компонент в сплавта бронзите се наричат ​​калаени, алуминиеви, силициеви, фосфорни и кадмиеви. Съпротивление на бронз 0,021 - 0,052 ома x mm 2 /m.

Месингът и бронзът имат добри механични и физико-химични свойства. Лесно се обработват чрез леене и налягане, устойчиви на атмосферна корозия.

Алуминий – по качествата си вторият проводящ материал след медта.Точка на топене 659,8 ° C. Плътността на алуминия при температура 20 ° - 2,7 g / cm 3. Алуминият е лесен за отливане и добре обработен. При температура 100 - 150 ° C алуминият е изкован и пластичен (може да се навива на листове с дебелина до 0,01 mm).

Електрическата проводимост на алуминия силно зависи от примесите и малко от механичната и термичната обработка. Колкото по-чист е съставът на алуминия, толкова по-висока е неговата електропроводимост и по-добра устойчивост на химическа атака. Обработката, валцуването и отгряването значително влияят върху механичната якост на алуминия. Студената обработка на алуминия увеличава неговата твърдост, еластичност и якост на опън. Съпротивление на алуминийпри 20 ° С 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

При замяна на медта с алуминий напречното сечение на проводника трябва да се увеличи по отношение на проводимостта, т.е. 1,63 пъти.

При еднаква проводимост алуминиевият проводник ще бъде 2 пъти по-лек от медния проводник.

За производството на проводници се използва алуминий, съдържащ най-малко 98% чист алуминий, силиций не повече от 0,3%, желязо не повече от 0,2%

За производството на части от тоководещи части използвайте алуминиеви сплави с други метали, например: Duralumin - сплав от алуминий с мед и манган.

Силуминът е лека лята алуминиева сплав с добавка на силиций, магнезий, манган.

Алуминиевите сплави имат добри леярски свойства и висока механична якост.

Най-широко използваните в електротехниката са следните алуминиеви сплави:

Деформирана алуминиева сплав клас AD, с алуминий не по-малко от 98,8 и други примеси до 1,2.

Кована алуминиева сплав марка AD1, съдържаща алуминий не по-малко от 99,3 n други примеси до 0,7.

Кована алуминиева сплав марка AD31, съдържаща алуминий 97,35 - 98,15 и други примеси 1,85 -2,65.

Сплави от степени AD и AD1 се използват за производството на корпуси и матрици на хардуерни скоби. Профилите и гумите, използвани за електрически проводници, са изработени от сплав клас AD31.

Продуктите от алуминиеви сплави в резултат на топлинна обработка придобиват висока якост на опън и провлачване (пълзене).

Желязо - точка на топене 1539°C. Плътността на желязото е 7,87. Желязото се разтваря в киселини, окислява се с халогени и кислород.

В електротехниката се използват стомани от различни степени, например:

Въглеродните стомани са ковки сплави на желязо с въглерод и други металургични примеси.

Специфичното съпротивление на въглеродните стомани е 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Легираните стомани са сплави с добавки от хром, никел и други елементи, добавени към въглеродната стомана.

Стоманите са добри.

Като добавки в сплавите, както и за производството на спойки и изпълнението на проводими метали, широко се използват следните:

Кадмият е ковък метал. Точката на топене на кадмия е 321°C. Съпротивление 0,1 ohm x mm 2 /m. В електротехниката кадмият се използва за получаване на нискотопими припои и за защитни покрития (кадмий) върху метални повърхности. По своите антикорозионни свойства кадмият се доближава до цинка, но кадмиевите покрития са по-малко порести и се нанасят в по-тънък слой от цинка.

Никел - точка на топене 1455°C. Специфичното съпротивление на никела е 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. При нормални температури не се окислява от атмосферния кислород. Никелът се използва в сплави и за защитно покритие (никелиране) на метални повърхности.

Калай - точка на топене 231,9 ° C. Специфичното съпротивление на калай е 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Калайът се използва за запояване на защитно покритие (калайдисване) на метали в чист вид и под формата на сплави с други метали.

Олово - точка на топене 327,4°C. Съпротивление 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Оловото се използва в сплави с други метали като киселиноустойчив материал. Добавя се към спойващи сплави (припои).

Среброто е много ковък, ковък метал. Точката на топене на среброто е 960,5°C. Среброто е най-добрият проводник на топлина и електрически ток.Специфичното съпротивление на среброто е 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Среброто се използва за защитно покритие (посребряване) на метални повърхности.

Антимонът е лъскав, чуплив метал с точка на топене 631°C. Антимонът се използва под формата на добавки в спойващи сплави (припои).

Хромът е твърд, лъскав метал. Точка на топене 1830°C. Не се променя във въздуха при нормална температура. Специфичното съпротивление на хрома е 0,026 ohm x mm 2 /m. Хромът се използва в сплави и за защитно покритие (хромиране) на метални повърхности.

Цинк - точка на топене 419,4°C. Съпротивление на цинк 0,053 - 0,062 ома x mm 2 /m. Във влажен въздух цинкът се окислява, покривайки се с оксиден слой, който предпазва от последваща химическа атака. В електротехниката цинкът се използва като добавка в сплави и припои, както и за защитно покритие (поцинковане) на повърхностите на метални части.

Веднага след като електричеството напусна лабораториите на учените и започна широко да се въвежда в практиката на ежедневието, възникна въпросът за намирането на материали, които имат определени, понякога напълно противоположни характеристики по отношение на протичащия през тях електрически ток.

Например, при предаване на електрическа енергия на голямо разстояние, бяха наложени изисквания към материала на проводниците, за да се сведат до минимум загубите, дължащи се на нагряване на Джаул в комбинация с ниско тегло. Пример за това са познатите високоволтови електропроводи от алуминиеви проводници със стоманена сърцевина.

Или, обратно, за създаване на компактни тръбни електрически нагреватели са необходими материали с относително високо електрическо съпротивление и висока термична стабилност. Най-простият пример за устройство, което използва материали с подобни свойства, е горелката на обикновена кухненска електрическа печка.

Проводниците, използвани в биологията и медицината като електроди, сонди и сонди, изискват висока химическа устойчивост и съвместимост с биоматериали, съчетани с ниско контактно съпротивление.

Цяла плеяда изобретатели от различни страни: Англия, Русия, Германия, Унгария и САЩ вложиха усилия в разработването на такова устройство, познато на всички като лампа с нажежаема жичка. Томас Едисън, след като проведе повече от хиляда експеримента за тестване на свойствата на материалите, подходящи за ролята на нишки, създаде лампа с платинена спирала. Лампите на Edison, въпреки че имаха дълъг експлоатационен живот, не бяха практични поради високата цена на изходния материал.

Последвалата работа на руския изобретател Лодигин, който предложи използването на относително евтин огнеупорен волфрам и молибден с по-високо съпротивление като материали за нишки, намери практическо приложение. Освен това Лодигин предложи изпомпване на въздух от крушките с нажежаема жичка, замяната му с инертни или благородни газове, което доведе до създаването на модерни лампи с нажежаема жичка. Пионерът на масовото производство на достъпни и издръжливи електрически лампи беше General Electric, на който Лодигин прехвърли правата върху своите патенти и след това дълго време успешно работи в лабораториите на компанията.

Този списък може да бъде продължен, тъй като любознателният човешки ум е толкова изобретателен, че понякога, за да реши даден технически проблем, се нуждае от материали с неизвестни досега свойства или с невероятни комбинации от тези свойства. Природата вече не е в крак с апетита ни и учени от цял ​​свят се включиха в надпреварата за създаване на материали, които нямат естествени аналози.

Това е умишленото свързване на електрическа кутия или корпус към защитно заземително устройство. Обикновено заземяването се извършва под формата на стоманени или медни ленти, тръби, пръти или ъгли, заровени в земята на дълбочина над 2,5 метра, които в случай на авария осигуряват протичането на ток по веригата устройство - корпус или корпус - земя - неутрален проводник на източника на променлив ток. Съпротивлението на тази верига трябва да бъде не повече от 4 ома. В този случай напрежението върху тялото на аварийното устройство се намалява до стойности, които са безопасни за хората, а автоматичните устройства за защита на електрическата верига по един или друг начин изключват аварийното устройство.

При изчисляването на елементите на защитното заземяване важна роля играе познаването на съпротивлението на почвите, което може да варира в широк диапазон.

В съответствие с данните от референтните таблици се избира площта на заземяващото устройство, от него се изчислява броят на заземяващите елементи и действителният дизайн на цялото устройство. Свързването на структурните елементи на защитното заземително устройство се извършва чрез заваряване.

Електротомография

Електрическите проучвания изучават близката до повърхността геоложка среда, използват се за търсене на рудни и неметални минерали и други обекти въз основа на изследването на различни изкуствени електрически и електромагнитни полета. Специален случай на електроизследване е електросъпротивителната томография - метод за определяне на свойствата на скалите чрез тяхното съпротивление.

Същността на метода се състои в това, че при определено положение на източника на електрическо поле се правят измервания на напрежението на различни сонди, след което източникът на поле се премества на друго място или се превключва към друг източник и измерванията се повтарят. Полеви източници и полеви приемни сонди се поставят на повърхността и в кладенци.

След това получените данни се обработват и интерпретират с помощта на съвременни компютърни методи за обработка, които позволяват визуализиране на информация под формата на двуизмерни и триизмерни изображения.

Като много точен метод за търсене електротомографията оказва неоценима помощ на геолози, археолози и палеозоолози.

Определянето на формата на поява на минерални находища и границите на тяхното разпространение (очертаване) дава възможност да се идентифицира появата на венозни находища на минерали, което значително намалява разходите за последващото им развитие.

За археолозите този метод на търсене предоставя ценна информация за местоположението на древните погребения и наличието на артефакти в тях, като по този начин намалява разходите за разкопки.

Палеозоолозите използват електротомография, за да търсят вкаменени останки от древни животни; резултатите от тяхната работа могат да се видят в природонаучните музеи под формата на удивителни реконструкции на скелети на праисторическа мегафауна.

В допълнение, електрическата томография се използва при изграждането и последващата експлоатация на инженерни конструкции: високи сгради, язовири, язовири, насипи и др.

Определения за съпротивление на практика

Понякога, за да решим практически проблеми, може да се сблъскаме със задачата да определим състава на дадено вещество, например тел за нож за полистиролова пяна. Имаме две намотки тел с подходящ диаметър от различни непознати за нас материали. За да разрешите проблема, е необходимо да намерите тяхното електрическо съпротивление и след това да определите материала на жицата, като използвате разликата между намерените стойности или като използвате референтна таблица.

Измерваме с ролетка и отрязваме 2 метра тел от всяка проба. Нека определим диаметрите на жицата d₁ и d₂ с микрометър. Включвайки мултиметъра до долната граница на измерване на съпротивлението, измерваме съпротивлението на пробата R₁. Повтаряме процедурата за друг образец и също измерваме неговото съпротивление R₂.

Вземаме предвид, че площта на напречното сечение на проводниците се изчислява по формулата

S \u003d π ∙ d 2 / 4

Сега формулата за изчисляване на електрическото съпротивление ще изглежда така:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Замествайки получените стойности на L, d₁ и R₁ във формулата за изчисляване на съпротивлението, дадена в статията по-горе, изчисляваме стойността на ρ₁ за първата проба.

ρ 1 \u003d 0,12 ома mm 2 / m

Замествайки получените стойности на L, d₂ и R₂ във формулата, изчисляваме стойността на ρ₂ за втората проба.

ρ 2 \u003d 1,2 ома mm 2 / m

От сравняването на стойностите на ρ₁ и ρ₂ с референтните данни от горната таблица 2, заключаваме, че материалът на първата проба е стомана, а втората проба е нихром, от който ще направим режещата струна.

Способността на метала да пропуска зареден ток през себе си се нарича. От своя страна устойчивостта е една от характеристиките на материала. Колкото по-голямо е електрическото съпротивление при дадено напрежение, толкова по-малко ще бъде.То характеризира съпротивителната сила на проводника към движението на заредени електрони, насочени по него. Тъй като свойството за предаване на електричеството е реципрочното на съпротивлението, това означава, че то ще бъде изразено под формата на формули като съотношение 1 / R.

Съпротивлението винаги зависи от качеството на материала, използван при производството на устройства. Измерва се въз основа на параметрите на проводник с дължина 1 метър и площ на напречното сечение 1 квадратен милиметър. Например свойството специфично съпротивление за мед винаги е 0,0175 Ohm, за алуминий - 0,029, желязо - 0,135, константан - 0,48, нихром - 1-1,1. Специфичното съпротивление на стоманата е равно на числото 2 * 10-7 Ohm.m

Съпротивлението на тока е право пропорционално на дължината на проводника, по който се движи. Колкото по-дълго е устройството, толкова по-голямо е съпротивлението. Ще бъде по-лесно да научите тази зависимост, ако си представите две въображаеми двойки съдове, комуникиращи помежду си. Нека свързващата тръба остане по-тънка за едната двойка устройства и по-дебела за другата. Когато и двете двойки се напълнят с вода, преходът на течността в дебелата тръба ще бъде много по-бърз, защото ще има по-малко съпротивление на потока вода. По тази аналогия за него е по-лесно да премине по дебел проводник, отколкото по тънък.

Съпротивлението, като единица SI, се измерва в ohm.m. Проводимостта зависи от средния свободен път на заредените частици, който се характеризира със структурата на материала. Металите без примеси, в които е най-правилният, имат най-ниски стойности на противодействието. Обратно, примесите изкривяват решетката, като по този начин повишават нейната производителност. Съпротивлението на металите се намира в тесен диапазон от стойности при нормална температура: от сребро от 0,016 до 10 μOhm.m (сплави на желязо и хром с алуминий).

За характеристиките на движението на заредените

електроните в проводник се влияе от температурата, тъй като с нейното увеличаване амплитудата на вълновите трептения на съществуващите йони и атоми се увеличава. В резултат на това електроните имат по-малко свободно пространство за нормално движение в кристалната решетка. А това означава, че пречката пред организираното движение се увеличава. Съпротивлението на всеки проводник, както обикновено, нараства линейно с повишаване на температурата. А за полупроводниците, напротив, е характерно намаляване с нарастващи градуси, тъй като поради това се освобождават много заряди, които създават постоянен електрически ток.

Процесът на охлаждане на някои метални проводници до желаната температура довежда тяхното съпротивление до скокообразно състояние и пада до нула. Това явление е открито през 1911 г. и е наречено свръхпроводимост.

Концепцията за електрическо съпротивление и проводимост

Всяко тяло, през което протича електрически ток, има определено съпротивление срещу него. Свойството на даден проводник да предотвратява преминаването на електрически ток през него се нарича електрическо съпротивление.

Електронната теория обяснява по този начин същността на електрическото съпротивление на металните проводници. Когато се движат по проводник, свободните електрони срещат атоми и други електрони безброй пъти по пътя си и, взаимодействайки с тях, неизбежно губят част от енергията си. Електроните изпитват, така да се каже, съпротивление на своето движение. Различните метални проводници с различна атомна структура имат различно съпротивление на електрически ток.

Точно същото обяснява съпротивлението на течни проводници и газове при преминаване на електрически ток. Не бива обаче да забравяме, че в тези вещества не електроните, а заредените частици на молекулите срещат съпротивление по време на движението си.

Съпротивлението се обозначава с латински букви R или r.

Омът се приема като единица за електрическо съпротивление.

Ом е съпротивлението на живачен стълб с височина 106,3 cm и напречно сечение 1 mm2 при температура 0 ° C.

Ако например електрическото съпротивление на проводника е 4 ома, то се записва, както следва: R = 4 ома или r = 4 ома.

За измерване на съпротивлението с голяма стойност се приема единица, наречена мегаом.

Един meg е равен на един милион ома.

Колкото по-голямо е съпротивлението на проводника, толкова по-лошо той провежда електрически ток и, обратно, колкото по-ниско е съпротивлението на проводника, толкова по-лесно е електрическият ток да премине през този проводник.

Следователно, за да се характеризира проводникът (по отношение на преминаването на електрически ток през него), може да се вземе предвид не само неговото съпротивление, но и реципрочната стойност на съпротивлението и се нарича проводимост.

електропроводимостСпособността на материала да пропуска електрически ток през себе си се нарича.

Тъй като проводимостта е реципрочната стойност на съпротивлението, тя се изразява като 1 / R, проводимостта се обозначава с латинската буква g.

Влияние на материала на проводника, неговите размери и температурата на околната среда върху стойността на електрическото съпротивление

Съпротивлението на различните проводници зависи от материала, от който са направени. За характеризиране на електрическото съпротивление на различни материали е въведена концепцията за така нареченото съпротивление.

Съпротивлениее съпротивлението на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm2. Съпротивлението се означава с гръцката буква p. Всеки материал, от който е направен проводникът, има собствено съпротивление.

Например съпротивлението на медта е 0,017, т.е. меден проводник с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm2 има съпротивление 0,017 ома. Съпротивлението на алуминия е 0,03, съпротивлението на желязото е 0,12, съпротивлението на константана е 0,48, съпротивлението на нихрома е 1-1,1.

Съпротивлението на проводника е право пропорционално на неговата дължина, тоест колкото по-дълъг е проводникът, толкова по-голямо е неговото електрическо съпротивление.

Съпротивлението на проводника е обратно пропорционално на неговата площ на напречното сечение, тоест колкото по-дебел е проводникът, толкова по-ниско е съпротивлението му и, обратно, колкото по-тънък е проводникът, толкова по-голямо е съпротивлението му.

За да разберете по-добре тази връзка, представете си две двойки комуникиращи съдове, като едната двойка съдове има тънка свързваща тръба, а другата има дебела. Ясно е, че когато един от съдовете (всяка двойка) се напълни с вода, нейният преход към друг съд през дебела тръба ще стане много по-бързо, отколкото през тънка, т.е. дебелата тръба ще окаже по-малко съпротивление на потока на вода. По същия начин е по-лесно електрическият ток да премине през дебел проводник, отколкото през тънък, тоест първият му предлага по-малко съпротивление от втория.

Електрическото съпротивление на проводник е равно на специфичното съпротивление на материала, от който е направен този проводник, умножено по дължината на проводника и разделено на площта на напречното сечение на проводника:

R = R l / S,

Където - R - съпротивление на проводника, ома, l - дължина на проводника в m, S - площ на напречното сечение на проводника, mm 2.

Площ на напречното сечение на кръгъл проводникизчислено по формулата:

S = π d 2/4

Където π - постоянна стойност, равна на 3,14; d е диаметърът на проводника.

И така се определя дължината на проводника:

l = S R / p,

Тази формула дава възможност да се определи дължината на проводника, неговото напречно сечение и съпротивление, ако са известни другите количества, включени във формулата.

Ако е необходимо да се определи площта на напречното сечение на проводника, тогава формулата се редуцира до следната форма:

S = R l / R

Трансформирайки същата формула и решавайки равенството по отношение на p, намираме съпротивлението на проводника:

Р = R S / л

Последната формула трябва да се използва в случаите, когато съпротивлението и размерите на проводника са известни, а неговият материал е неизвестен и освен това е трудно да се определи по външен вид. За да направите това, е необходимо да определите съпротивлението на проводника и с помощта на таблицата да намерите материал, който има такова съпротивление.

Друга причина, която влияе върху съпротивлението на проводниците, е температурата.

Установено е, че с повишаване на температурата съпротивлението на металните проводници се увеличава, а с понижаване намалява. Това увеличение или намаляване на съпротивлението за проводници от чист метал е почти същото и е средно 0,4% на 1°C. Съпротивлението на течните проводници и въглищата намалява с повишаване на температурата.

Електронната теория за структурата на материята дава следното обяснение за увеличаването на съпротивлението на металните проводници с повишаване на температурата. При нагряване проводникът получава топлинна енергия, която неизбежно се предава на всички атоми на веществото, в резултат на което интензивността на тяхното движение се увеличава. Увеличеното движение на атомите създава повече съпротивление срещу насоченото движение на свободните електрони, поради което съпротивлението на проводника се увеличава. С намаляване на температурата се създават по-добри условия за насочено движение на електрони и съпротивлението на проводника намалява. Това обяснява един интересен феномен - свръхпроводимост на металите.

Свръхпроводимост, т.е. намаляване на съпротивлението на металите до нула, възниква при огромна отрицателна температура - 273 ° C, наречена абсолютна нула. При температура абсолютна нула металните атоми изглежда замръзват на място, без изобщо да възпрепятстват движението на електроните.

Или електрическа верига електрически ток.

Електрическото съпротивление се определя като фактор на пропорционалност Рмежду напрежението Uи постоянен ток азв закона на Ом за участък от веригата.

Единицата за съпротивление се нарича ом(Ом) в чест на немския учен Г. Ом, който въвежда това понятие във физиката. Един ом (1 ом) е съпротивлението на такъв проводник, в който при напрежение 1 ATсилата на тока е 1 И.

Съпротивление.

Съпротивлението на хомогенен проводник с постоянно напречно сечение зависи от материала на проводника, неговата дължина ли напречно сечение Си може да се определи по формулата:

където ρ е съпротивлението на материала, от който е направен проводникът.

Съпротивление на материята- това е физическа величина, показваща съпротивлението на проводник, направен от това вещество с единица дължина и единица напречно сечение.

От формулата следва, че

Стойност, реципрочна ρ , е наречен проводимост σ :

Тъй като в SI единицата за съпротивление е 1 ом. единицата за площ е 1 m 2, а единицата за дължина е 1 m, тогава единицата за съпротивление в SI ще бъде 1 Ohm · m 2 /m или 1 ohm m. Единицата за проводимост в SI е Ohm -1 m -1.

На практика площта на напречното сечение на тънки проводници често се изразява в квадратни милиметри (mm2). В този случай по-удобната единица за съпротивление е Ohm mm 2 /m. Тъй като 1 mm 2 \u003d 0,000001 m 2, тогава 1 Ohm mm 2 / m \u003d 10 -6 Ohm m. Металите имат много ниско съпротивление - от порядъка на (1 10 -2) Ohm mm 2 /m, диелектриците - 10 15 -10 20 големи.

Зависимост на съпротивлението от температурата.

С повишаване на температурата съпротивлението на металите се увеличава. Има обаче сплави, чиято устойчивост почти не се променя с повишаване на температурата (например константан, манганин и др.). Съпротивлението на електролитите намалява с повишаване на температурата.

температурен коефициент на съпротивлениепроводник е съотношението на промяната в съпротивлението на проводника при нагряване с 1 ° C към стойността на неговото съпротивление при 0 ° C:

.

Зависимостта на съпротивлението на проводниците от температурата се изразява с формулата:

.

Общо взето α зависи от температурата, но ако температурният интервал е малък, тогава температурният коефициент може да се счита за постоянен. За чисти метали α \u003d (1/273) K -1. За електролитни разтвори α < 0 . Например за 10% физиологичен разтвор α \u003d -0,02 K -1. За константан (медно-никелова сплав) α \u003d 10 -5 K -1.

Използва се зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата съпротивителни термометри.