Електрическото съпротивление е физическа величина, която показва степента, до която даден материал може да устои на преминаване през него. електрически ток. Някои хора може да объркат тази характеристикас общо електрическо съпротивление. Въпреки сходството на понятията, разликата между тях се състои в това, че специфичният се отнася до вещества, а вторият термин се отнася изключително до проводници и зависи от материала на тяхното производство.

Реципрочната стойност на този материал е електрическата проводимост. Колкото по-висок е този параметър, толкова по-добре токът преминава през веществото. Съответно, колкото по-високо е съпротивлението, толкова повече загуби се очакват на изхода.

Формула за изчисление и стойност на измерване

Като се има предвид в какво се измерва електрическото съпротивление, също е възможно да се проследи връзката с неспецифичното, тъй като единиците ohm m се използват за обозначаване на параметъра. Самата стойност се означава като ρ. С тази стойност е възможно да се определи съпротивлението на дадено вещество в конкретен случай въз основа на неговите размери. Тази мерна единица съответства на системата SI, но може да има и други опции. В технологията периодично можете да видите остарялото обозначение Ohm mm 2 / m. За да преобразувате от тази система в международната, няма да е необходимо да използвате сложни формули, тъй като 1 ohm mm 2 /m се равнява на 10 -6 ohm m.

Формулата за електрическо съпротивление е следната:

R= (ρ l)/S, където:

• R е съпротивлението на проводника;
• Ρ е съпротивлението на материала;
• l е дължината на проводника;
• S е напречното сечение на проводника.

Температурна зависимост

Специфичното електрическо съпротивление зависи от температурата. Но всички групи вещества се проявяват по различен начин, когато се променят. Това трябва да се вземе предвид при изчисляването на проводниците, които ще работят при определени условия. Например на улицата, където температурните стойности зависят от сезона, необходими материалис по-малка чувствителност към промени в диапазона от -30 до +30 градуса по Целзий. Ако се планира да се използва в техника, която ще работи при същите условия, тогава тук също е необходимо да се оптимизира окабеляването за конкретни параметри. Материалът винаги се избира, като се вземе предвид операцията.

В номиналната таблица електрическото съпротивление се взема при температура от 0 градуса по Целзий. Увеличаването на този параметър при нагряване на материала се дължи на факта, че интензивността на движението на атомите в веществото започва да се увеличава. Носителите на електрически заряди хаотично се разпръскват във всички посоки, което води до създаване на препятствия в движението на частиците. Големината на електрическия поток е намалена.

С понижаването на температурата условията на текущия поток стават по-добри. При достигане на определена температура, която ще е различна за всеки метал, се появява свръхпроводимост, при която въпросната характеристика почти достига нула.

Разликите в параметрите понякога достигат много големи стойности. Тези материали, които имат висока производителност, могат да се използват като изолатори. Те помагат за предпазване на окабеляването от късо съединение и неволен контакт с хора. Някои вещества като цяло не са приложими за електротехниката, ако имат висока стойност на този параметър. Други свойства могат да попречат на това. Например електрическата проводимост на водата няма да има от голямо значениеза тази област. Ето стойностите на някои вещества с високи нива.

Веществата с ниски показатели се използват по-активно в електротехниката. Често това са метали, които служат като проводници. Те също показват много разлики. За да разберете електрическото съпротивление на мед или други материали, струва си да погледнете референтната таблица.

Специфично обемно електрическо съпротивление

Този параметър характеризира способността за преминаване на ток през обема на веществото. За измерване е необходимо да се приложи потенциал на напрежение от различни страни на материала, продуктът от който ще бъде включен в електрическата верига. Захранва се с ток с номинални параметри. След преминаване се измерват изходните данни.

Използване в електротехниката

Промяната на параметъра при различни температури се използва широко в електротехниката. Повечето прост примере лампа с нажежаема жичка, която използва нихромова нишка. При нагряване започва да свети. Когато през него преминава ток, той започва да се нагрява. С увеличаването на топлината се увеличава и съпротивлението. Съответно първоначалният ток, необходим за получаване на осветление, е ограничен. Нихромна намотка, използваща същия принцип, може да се превърне в регулатор на различни устройства.

Широкото използване също е засегнало благородните метали, които имат подходящи характеристикиза електротехника. За критични вериги, които изискват скорост, се избират сребърни контакти. Те имат висока цена, но предвид сравнително малкото количество материали, използването им е напълно оправдано. Медта е по-ниска от среброто по проводимост, но има по-достъпна цена, поради което по-често се използва за създаване на проводници.

В условия, при които могат да се използват изключително ниски температури, се използват свръхпроводници. За стайна температура и употреба на открито те не винаги са подходящи, тъй като с повишаването на температурата тяхната проводимост ще започне да пада, така че алуминият, медта и среброто остават лидери за такива условия.

На практика се вземат предвид много параметри, като този е един от най-важните. Всички изчисления се извършват на етапа на проектиране, за което се използват референтни материали.

Знаем, че причината за електрическото съпротивление на проводника е взаимодействието на електрони с йони от металната кристална решетка (§ 43). Следователно може да се приеме, че съпротивлението на проводника зависи от неговата дължина и площ на напречното сечение, както и от веществото, от което е направен.

Фигура 74 показва настройката за такъв експеримент. Различни проводници са включени на свой ред в веригата на източника на ток, например:

1. Никелови жици с еднаква дебелина, но различни дължини;
2. Никелови жици с еднаква дължина, но различни дебелини (различна площ на напречното сечение);
3. никелови и нихромови жици със същата дължина и дебелина.

Токът във веригата се измерва с амперметър, напрежението с волтметър.

Познавайки напрежението в краищата на проводника и силата на тока в него, според закона на Ом, можете да определите съпротивлението на всеки от проводниците.

Ориз. 74. Зависимост на съпротивлението на проводника от неговия размер и вида на веществото

След провеждането на тези експерименти ще установим, че:

1. от два никелирани проводника с еднаква дебелина, по-дългият проводник има по-голямо съпротивление;
2. от два никелови проводника с еднаква дължина по-голямо съпротивление има проводникът с по-малко напречно сечение;
3. никелови и нихромни проводници с еднакъв размер имат различно съпротивление.

Зависимостта на съпротивлението на проводника от неговите размери и веществото, от което е направен проводникът, е изследвана за първи път от Ом в експерименти. Той установи, че съпротивлението е право пропорционално на дължината на проводника, обратно пропорционално на площта на напречното му сечение и зависи от веществото на проводника.

Как да се вземе предвид зависимостта на съпротивлението от веществото, от което е направен проводникът? За това т.нар съпротивление на материята.

Съпротивлението е физична величина, която определя съпротивлението на проводник, изработен от дадено вещество, с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 m 2.

Нека се запознаем буквени обозначения: ρ е съпротивлението на проводника, I е дължината на проводника, S е площта на неговото напречно сечение. Тогава съпротивлението на проводника R се изразява с формулата

От него получаваме, че:

От последната формула можете да определите единицата за съпротивление. Тъй като единицата за съпротивление е 1 ом, единицата за площ на напречното сечение е 1 m2, а единицата за дължина е 1 m, тогава единицата за съпротивление е:

По-удобно е да изразите площта на напречното сечение на проводника в квадратни милиметри, тъй като най-често е малка. Тогава единицата за съпротивление ще бъде:

Таблица 8 показва стойностите на съпротивлението на някои вещества при 20 °C. Съпротивлението се променя с температурата. Емпирично е установено, че при металите, например, съпротивлението нараства с повишаване на температурата.

Таблица 8. Електрическо съпротивление на някои вещества (при t = 20 °C)

От всички метали среброто и медта имат най-ниско съпротивление. Следователно среброто и медта са най-добрите проводници на електричество.

При окабеляване на електрически вериги се използват алуминиеви, медни и железни проводници.

В много случаи са необходими устройства с висока устойчивост. Изработени са от специално създадени сплави - вещества с високо съпротивление. Например, както може да се види от таблица 8, нихромовата сплав има съпротивление почти 40 пъти по-голямо от алуминия.

Порцеланът и ебонитът имат толкова високо съпротивление, че почти не провеждат електричество, те се използват като изолатори.

Въпроси

1. Как съпротивлението на проводника зависи от неговата дължина и от площта на напречното сечение?
2. Как да се покаже експериментално зависимостта на съпротивлението на проводник от неговата дължина, площ на напречното сечение и веществото, от което е направен?
3. Какво е специфичното съпротивление на проводник?
4. Каква формула може да се използва за изчисляване на съпротивлението на проводниците?
5. Каква е единицата за съпротивление на проводник?
6. От какви материали се изработват използваните на практика проводници?

• 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 химически опитидават 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 вариантивериги. 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 буквата гръцка азбукаρ (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. вътрешна структура. Те се вземат предвид като отделни членове в израза, който определя съпротивлението в съответствие с правилото на Матисен. Това правило взема предвид и разсейването на движещ се електронен поток върху възли, които се колебаят в зависимост от температурата кристална решеткапроба.

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 бяха хвърлени много значителни усилия в тази посока. финансови ресурсизапочнаха обширни 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. Създаване и поддържане на такива специални условияотново отрича комерсиалното използване 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, струва си да добавим още малко информация, която не е само съпротивлението на материала на проводника и температурата околен святвлияят върху загубите в него при преминаване на електрически ток. Геометрията на проводника е много важна, когато се използва при повишена честота на напрежението и при голяма силатекущ.

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.

Конвертор на дължина и разстояние Конвертор на маса Конвертор на насипни вещества и храни Конвертор на обем Конвертор на площ Конвертор на обем и единици рецептиПреобразувател на температура Преобразувател на налягане, механично напрежение, Модул на Йънг Преобразувател на енергия и работа Преобразувател на мощност и работа Преобразувател на мощност Преобразувател на сила Преобразувател на време Линеен преобразувател на скорост Конвертор на топлинна ефективност и горивна ефективност с плосък ъгъл Преобразувател на числа в различни бройни системи Преобразувател на единици за измерване на количество Валутни курсове Дамски дрехи и обувки Размери Мъжки облекла и Размери на обувките Преобразувател на ъглова скорост и преобразувател на скорост Преобразувател на ускорение Преобразувател на ъглово ускорение Преобразувател на плътност Преобразувател на специфичен обем Преобразувател на инерционен момент Преобразувател на сила Преобразувател на въртящ момент Преобразувател на специфична калорична стойност (по маса) Преобразувател на енергийна плътност и специфична калорична стойност (по обем) Преобразувател Температура преобразувател на разлика Преобразувател на коефициента на топлинно разширение Преобразувател Преобразувател на топлинно съпротивление Преобразувател на топлопроводимост Преобразувател специфична топлинаИзлагане на енергия и топлинно излъчване Преобразувател на мощност Преобразувател на плътност на топлинния поток Преобразувател на коефициента на топлопредаване Преобразувател на обемен поток Преобразувател на масов поток Преобразувател на моларен поток Преобразувател на масов поток Преобразувател на плътност Моларна концентрация Конвертор на масова концентрация в разтвор Конвертор на динамичен (абсолютен) вискозитет Преобразувател на кинематичен вискозитет Преобразувател на повърхностно напрежение Паропропускливост Преобразувател Конвертор на нивото на звука Конвертор на чувствителността на микрофона Конвертор на нивото на звуковото налягане (SPL) Конвертор Конвертор на нивото на звуковото налягане с избираемо референтно налягане Конвертор на яркост Конвертор на светлинен интензитет Конвертор на осветеност Резолюция към компютърна графикаПреобразувател на честота и дължина на вълната Оптична мощност в диоптри и фокусно разстояниеДиоптрична мощност и увеличение на лещата (×) Преобразувател на електрически заряд Линеен преобразувател на плътност на заряда Преобразувател на плътност на повърхностния заряд Преобразувател на обемна плътност на заряда Преобразувател на електрически ток Линеен преобразувател на плътност на тока Преобразувател на повърхностна плътност на тока Конвертор на напрежение на електрическо поле Преобразувател на електростатичен потенциал и напрежение Преобразувател на електрическо съпротивление Конвертор на специфично съпротивление Електрически Съпротивление Преобразувател на електрическа проводимост Преобразувател на електрическа проводимост Преобразувател на индуктивност Капацитет Преобразувател на проводници в САЩ Нива в dBm (dBm или dBm), dBV (dBV), ватове и други единици Преобразувател на магнитодвижеща сила Преобразувател на сила магнитно полеПреобразувател на магнитен поток Преобразувател на магнитна индукция Радиация. Конвертор на мощността на абсорбираната доза йонизиращо лъчениеРадиоактивност. Преобразувател на радиоактивен разпад Радиация. Преобразувател на експозиционна доза радиация. Конвертор на погълнатата доза Конвертор на десетичен префикс Конвертор на данни Пренос на данни Типографска единица за обработка и обработка на изображения Конвертор на единици за обем на дървения материал Преобразувател на единици за моларна маса Изчисляване на периодична таблица химически елементиД. И. Менделеев

1 ом сантиметър [ом см] = 0,01 ом метър [ом м]

Първоначална стойност

Преобразувана стойност

ом метър ом сантиметър ом инч микроом сантиметър микроом инч абом сантиметър стат на сантиметър кръгъл мили ом на фут ом кв. милиметър на метър

Повече за електрическото съпротивление

Главна информация

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

Например при предаване на електрическа енергия на далечно разстояние, бяха наложени изисквания към материала на проводника, за да се сведат до минимум загубите, дължащи се на нагряване на Джаул в комбинация с характеристиките на 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. 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 сравнително евтин огнеупорен волфрам и молибден с по-високо съпротивление като материали за нишки, установи практическа употреба. 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.

Една от най-важните характеристики както на естествените, така и на синтезираните материали е електрическото съпротивление. Пример за електрическо устройство, в което това свойство се използва в най-чистата му форма, е предпазител, който предпазва нашето електрическо и електронно оборудване от въздействието на ток, надвишаващ допустимите стойности.

В същото време трябва да се отбележи, че домашните заместители на стандартните предпазители, направени без познаване на специфичното съпротивление на материала, понякога причиняват не само изгаряне на различни елементи на електрически вериги, но и пожари в къщи и запалване на кабели в автомобили.

Същото важи и за подмяната на предпазители в електрическите мрежи, когато се монтира предпазител с по-висок работен ток вместо предпазител с по-малък номинал. Това води до прегряване на електрическата инсталация и дори в резултат на това до възникване на пожари с тъжни последици. Това важи особено за рамковите къщи.

История справка

Концепцията за електрическо съпротивление се появи благодарение на трудовете на известния немски физик Георг Ом, който теоретично обоснова и в хода на многобройни експерименти доказа връзката между силата на тока, електродвижещата сила на батерията и съпротивлението на всички части на батерията. верига, като по този начин открива закона за елементарната електрическа верига, тогава кръстен на него. Ом изследва зависимостта на големината на протичащия ток от големината на приложеното напрежение, от дължината и формата на материала на проводника, а също и от вида на материала, използван като проводяща среда.

В същото време трябва да отдадем почит на работата на сър Хъмфри Дейви, английски химик, физик и геолог, който пръв установява зависимостта на електрическото съпротивление на проводник от неговата дължина и напречно сечение и също отбеляза зависимостта на електрическата проводимост от температурата.

Изследвайки зависимостта на потока на електрическия ток от вида на материалите, Ом установи, че всеки проводящ материал, който му е наличен, има някаква присъща характеристика на съпротивление срещу потока на ток.

Трябва да се отбележи, че по времето на Ом един от най-разпространените днес проводници - алуминият - имаше статут на особено благороден метал, така че Ом се ограничи до експерименти с мед, сребро, злато, платина, цинк, калай, олово и желязо.

В крайна сметка Ом въвежда концепцията за електрическото съпротивление на материала като фундаментална характеристика, без да знае абсолютно нищо за природата на протичащия ток в металите или за зависимостта на тяхното съпротивление от температурата.

Специфично електрическо съпротивление. Определение

Електрическото съпротивление или просто съпротивлението е фундаментално физическа характеристикапроводящ материал, който характеризира способността на веществото да предотвратява преминаването на електрически ток. Означено гръцка букваρ (произнася се rho) и се изчислява от емпиричната формула за изчисляване на съпротивлението, получена от Георг Ом.

или от тук

където R е съпротивлението в ома, S е площта в m²/, L е дължината в m

Единицата за електрическо съпротивление в Международната система от единици SI се изразява в Ohm m.

Това е съпротивлението на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 m² / стойност 1 ом.

В електротехниката, за удобство на изчисленията, е обичайно да се използва производната на електрическото съпротивление, изразена в Ohm mm² / m. Стойностите на съпротивлението за най-често срещаните метали и техните сплави могат да бъдат намерени в съответните справочници.

Таблици 1 и 2 показват стойностите на съпротивлението на различните най-често срещани материали.

Таблица 1. Съпротивление на някои метали

Таблица 2. Съпротивление на обикновени сплави

Специфично електрическо съпротивление на различни среди. Физика на явленията

Специфични електрически съпротивления на метали и техните сплави, полупроводници и диелектрици

Днес, въоръжени със знания, ние сме в състояние предварително да изчислим електрическото съпротивление на всеки материал, както естествен, така и синтезиран, въз основа на химичен състави очакваното физическо състояние.

Това знание ни помага по най-добрия начинизползвайте възможностите на материалите, понякога много екзотични и уникални.

С оглед на преобладаващите представи, от гледна точка на физиката, твърдите вещества се разделят на кристални, поликристални и аморфни вещества.

Най-лесният начин, по отношение на техническото изчисляване на съпротивлението или неговото измерване, е случаят с аморфни вещества. Те нямат ясно изразена кристална структура (въпреки че могат да имат микроскопични включвания на такива вещества), са относително хомогенни по химичен състав и проявяват свойства, характерни за даден материал.

За поликристални вещества, образувани от съвкупност от относително малки кристали с еднакъв химичен състав, поведението на свойствата не се различава много от поведението на аморфните вещества, тъй като електрическото съпротивление обикновено се определя като интегрално агрегатно свойство на дадена проба от материал.

Ситуацията е по-сложна с кристалните вещества, особено с монокристалите, които имат различно електрическо съпротивление и други електрически характеристики по отношение на осите на симетрия на техните кристали. Това свойство се нарича кристална анизотропия и се използва широко в технологиите, по-специално в радиотехническите схеми на кварцови осцилатори, където стабилността на честотата се определя точно от генерирането на честоти, присъщи на даден кварцов кристал.

Всеки от нас, като собственик на компютър, таблет, мобилен телефонили смартфон, включително собственици на ръчни електронни часовници до iWatch, в същото време е собственик на кварцов кристал. Въз основа на това може да се съди за мащаба на използването на кварцови резонатори в електрониката, оценяван на десетки милиарди.

Освен всичко друго, съпротивлението на много материали, особено на полупроводниците, зависи от температурата, така че референтните данни обикновено се дават с температурата на измерване, обикновено 20 °C.

Уникалните свойства на платината, която има постоянна и добре проучена зависимост на електрическото съпротивление от температурата, както и възможността за получаване на метал с висока чистота, послужиха като предпоставка за създаването на сензори на нейна основа в широк температурен диапазон .

За металите разпространението на референтните стойности на съпротивлението се дължи на методите за производство на проби и химическата чистота на метала на тази проба.

За сплавите по-широк диапазон от референтни стойности на съпротивлението се дължи на методите за подготовка на пробите и променливостта на състава на сплавта.

Електрическо съпротивление на течности (електролити)

Разбирането на съпротивлението на течностите се основава на теории за термична дисоциация и мобилност на катиони и аниони. Например, в най-разпространената течност на Земята, обикновената вода, някои от нейните молекули се разлагат на йони под въздействието на температурата: H+ катиони и OH– аниони. Когато се приложи външно напрежение към електроди, потопени във вода при нормални условия, възниква ток поради движението на гореспоменатите йони. Както се оказа, във водата се образуват цели асоциации от молекули - клъстери, понякога комбинирани с H+ катиони или OH– аниони. Следователно прехвърлянето на йони от клъстери под въздействието на електрическо напрежение става по следния начин: приемайки йон в посоката на приложеното електрическо поле от едната страна, клъстерът "изпуска" подобен йон от другата страна. Наличието на клъстери във водата идеално обяснява научен фактче при температура около 4 °C водата има най-висока плътност. Повечето от водните молекули в този случай са в клъстери поради действието на водорода и ковалентни връзки, практически в квазикристално състояние; в този случай термичната дисоциация е минимална и все още не е започнало образуването на ледени кристали, които имат по-ниска плътност (ледът плува във вода).

Като цяло съпротивлението на течностите показва по-силна зависимост от температурата, така че тази характеристика винаги се измерва при температура от 293 K, което съответства на температура от 20 °C.

Освен вода има голямо числодруги разтворители, способни да създават катиони и аниони на разтворени вещества. Познаването и измерването на съпротивлението на такива разтвори също е от голямо практическо значение.

За водни разтвори на соли, киселини и основи концентрацията на разтвореното вещество играе важна роля при определяне на съпротивлението на разтвора. Пример е следната таблица, която показва стойностите на съпротивлението на различни вещества, разтворени във вода при температура 18 ° C:

Таблица 3. Стойности на съпротивление на различни вещества, разтворени във вода при температура 18 °C

Данните от таблиците са взети от Краткия физико-технически справочник, том 1, - М .: 1960 г.

Съпротивление на изолатори

От голямо значение в отраслите на електротехниката, електрониката, радиотехниката и роботиката е цял клас от различни вещества, които имат относително високо съпротивление. Независимо от тяхното агрегатно състояние, било то твърдо, течно или газообразно, такива вещества се наричат ​​изолатори. Такива материали се използват за изолиране на отделни части от електрически вериги една от друга.

Пример за твърди изолатори е познатата гъвкава електрическа лента, благодарение на която възстановяваме изолацията при свързване на различни проводници. Мнозина са запознати с порцеланови изолатори за окачване на въздушни електропроводи, текстолитни платки с електронни компоненти, които са част от повечето електронни продукти, керамика, стъкло и много други материали. Съвременните твърди изолационни материали на базата на пластмаси и еластомери правят безопасно използването на електрически ток с различни напрежения в голямо разнообразие от устройства и устройства.

В допълнение към твърдите изолатори в електротехниката широко се използват течни изолатори с високо съпротивление. В силови трансформатори на електрически мрежи течното трансформаторно масло предотвратява авариите между завоите поради самоиндукция на ЕМП, като надеждно изолира завоите на намотките. В маслените прекъсвачи маслото се използва за гасене на електрическата дъга, която възниква при превключване на източници на ток. Кондензаторното масло се използва за създаване на компактни кондензатори с висока електрическа производителност; в допълнение към тези масла, естествените масла се използват като течни изолатори. рициново маслои синтетични масла.

При нормално атмосферно налягане всички газове и техните смеси са отлични изолатори от гледна точка на електротехниката, но благородните газове (ксенон, аргон, неон, криптон), поради своята инертност, имат по-високо съпротивление, което се използва широко в някои области на технологията.

Но най-често срещаният изолатор е въздухът, съставен главно от молекулярен азот (75% от масата), молекулярен кислород (23,15% от масата), аргон (1,3% от масата), въглероден диоксид, водород, вода и някои примеси различни благородни газове . Той изолира потока на ток в конвенционалните битови ключове за осветление, релейни токови превключватели, магнитни стартери и механични прекъсвачи. Трябва да се отбележи, че намаляването на налягането на газовете или техните смеси под атмосферното налягане води до увеличаване на тяхното електрическо съпротивление. Идеалният изолатор в този смисъл е вакуумът.

Специфично електрическо съпротивление на различни почви

Един от най-важните начини за защита на човек от вредното въздействие на електрическия ток в случай на аварии в електрическите инсталации е защитното заземително устройство.

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 музеите природни наукипод 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 решение практически задачиможе да се сблъскаме със задачата да определим състава на 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 = 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.

Трудно ли ви е да превеждате мерни единици от един език на друг? Колегите са готови да ви помогнат. Публикувайте въпрос в TCTermsи след няколко минути ще получите отговор.

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.