Що являє собою опір. Електричний опір провідників

Будь-яке фізичне тіло, через яке відбувається спрямований рух іонів, чинить току певний опір. Властивість кожного виду матеріалу провідника не давати зарядженим частинкам проходити крізь нього - електричний опір. З урахуванням різниць протидії руху іонів будуються багато принципові схеми, частина з яких застосовується в електронних обчислювальних машинах, наприклад це тригери в побутових приладах, навушниках.

Що таке електричний опір

Що таке опір у фізиці? Опір - це фізичне значення, яким описується властивість провідного матеріалу перешкоджати проходженню заряджених частинок через нього. Згідно із законом Ома, дана величина дорівнює значенню напруги на кінцевих ділянках провідника, поділеному на силу струму в амперах, що проходить по ньому. Значення протидії спрямованому струму заряджених частинок для ланцюгів із змінним струмом та полів електромагнітного типу характеризується полями хвильової перешкоди зміні потенціалу та імпедансом.

Цікаво.На підставі цієї характеристики також отримала назву радіодеталь резистор, від англійської Resistance - опір. Ця частина потрібна для введення в ланцюг живлення активної перешкоди електричному струму.

Визначення одиниці опору– Ом

У чому вимірюється опір струму? Одиниця виміру у міжнародній системі СІ – Ом. Дана величина дорівнює опору в ланцюгу між крайніми ділянками, між якими тече напруга величиною 1 В при силі струму 1А. Слово було отримано на прізвище вченого – Георга Ома. Було прийнято як одиниця виміру в шістдесятих роках ХХ століття разом з міжнародною системою одиниць СІ.

Засоби відтворення опору

Для визначення міри електричного опору використовують:

• Магазин опорів - спеціальний набіррадіоелементів різного номіналу Дані компоненти спеціально виготовлені таким чином, щоб містити еталонний опір провідників. При підключенні електропровідника з постійним або змінним струмом до магазину опору можна вибрати відповідний за величиною резистор і отримати на виході певну напругу, яку можна виміряти за допомогою вольтметра;
• Котушка - пристрій, який працює за схожим з магазином принципом. При підключенні на вхід приладу можна за допомогою важелів і перемикачів відрегулювати величину опору агрегату і отримати на виході необхідний вольтаж.

Державний стандарт опору

Цей державний стандарт під індексом ГЕТ 14-91 прийнято описувати у такому вигляді.

Величини та характеристики еталонного опору

Статичний та динамічний опір

Відповідно до теорії нелінійних ланцюгів, Поділяють величину опору на статичну та динамічну. Перша - тотожна закону Ома і дорівнює відношенню напруги на елементі до поточної сили струму. Динамічною величиною елемента, якому притаманні ознаки нелінійності, є значення, отримане при розподілі мінімального збільшення напруги до відповідного збільшення сили струму.

Залежність величини від характеристик провідника

У провіднику носіями електричного струму є вільні негативно заряджені частинки. Поведінка в речовині подібна до газу. Щільність вільних частинок залежить від щільності середовища. Виходячи з цього, щільність і структура кристалічних ґрат визначаються типом провідного матеріалу та його розмірами. Через це на провідність впливають площа поперечного перерізу та температура. Опір через площу поперечного перерізу вважається розрахунковою величиною.

Опір тіла людини

Ця величина нелінійна, залежить багатьох параметрів і може вважатися омической. Значення може змінюватися в часі, знижуючись щодо людини, яка схвильована і спітніла. Крім того, на цю величину впливає довкілля. У сухої дерми величина може перевищувати 10 тисяч Ом * метр. Тому тимчасовий графік величини в людини може мати різний вигляд.

Прилади для вимірювання опору (постійного струму)

Для вимірювання опору можна застосовувати:

• Омметр – дозволяє показувати рівень навантаження;
• Міст Вітстона;
• Можливо розрахувати за отриманими даними амперметра та вольтметра за простими формулами.

Провідник, коли по ньому йде струм

Під час проходження електричного заряду провідником відбувається посилене виділення теплової енергії. У цьому провідник може сильно нагріватися. Енергія розраховується за формулою:

А = Р * t, де Р - потужність, що розраховується за формулою Р = U * I.

Типовий випадок – нагрівання алюмінію під високою напругою.

Вплив температури на питомий опір

Характеристика питомого опору зі збільшенням температури також підвищується. Це відбувається через збільшення темпу руху заряджених частинок у металі, з підвищенням температури. Питомий опір речовин, що проводять електричний струм, та вугілля при нагріванні, відповідно, зменшується через збільшення кількості вільних електронів на одиницю об'єму.

Показники для твердотільних матеріалів

Питомий опір сплавів та твердотільних металів практично не змінюється при підвищенні чи зниженні температури. Це відбувається через щільність кристалічних ґрат. Характеристика властива константану, манганіну та іншим щільним сплавам. Для такої особливості потрібне підвищене питоме значення щодо складових компонентів.

Зв'язок з питомою провідністю

Електрична провідність являє собою характеристику середовища щодо проведення заряджених частинок, а також зміну властивостей тіл або середовища, через які виникає рух заряджених частинок під впливом електромагнітного поля. Це значеннявважається зворотним за величиною опору провідника.

Показники для рідких провідників

Показники електроопору розчинів солей та лугів є динамічними. Значення залежить від складу, концентрації речовини. При цьому вплив температури, зворотний до металів. Під час нагрівання через ефект дифузії значення падає і навпаки. За надто низьких температур електроліт може перейти в твердий агрегатний стан і не проводити струм. Так, вода, що кристалізувалась, не є провідником. Гідравлічна перешкода руху частинок виникає через наявність у рідині похідних солей, які є провідниками.

Залежність питомого опору від деформацій

При холодній обробці провідників відбувається пластична деформація сировини з подальшим спотворенням кристалічних ґрат, що значно збільшує рівень питомого опору.

Електричний опір – це властивість будь-якої речовини перешкоджати руху іонів. Характеристика є динамічною та залежить від кількох факторів. Ізоляція і деякі матеріали мають рівень опору, при якому електричний струм не здатний проходити крізь речовину. Це може характеризувати деякі речовини, які погано проводять струм через малий обсяг іонів. Що таке опір провідника? Величина, через яку відбувається втрата потужності під час проходження електрики.

Відео

Опір походить від слова "опиратися". В електроніці є таке поняття, як Ом.Що це таке та з чим його їдять? Для більш розгорнутої відповіді, давайте розглянемо таку схему:

Літери у кружечках – це вимірювальні прилади

Вольтметр служить для вимірювання напруги, а амперметр – для вимірювання сили струму. Як ними правильно користуватися читаємо у цій статті.

Отже, якщо пропустити по дроту електричний струм із силою струму в 1 Ампер, а на кінцях цього дроту у нас з'явиться напруга в 1 Вольт, це означає, що наш провід має опір в 1 Ом.

В електротехніці та електроніці опір позначається буквою R. Наприклад, тіло людини має опір від кількох сотень Ом та до 100 кОм. Для розрахунків беруть 1 ком. Це залежить від багатьох факторів, таких як стать, вік, стан шкіри, сила дотику провідників до шкіри, рівень алкоголю в крові тощо.Мідний провід завдовжки метр і перетином 1 мм 2 має опір 0,1 Ом.

Від чого залежить опір

Який із предметів чинитиме більший опір електричному струму?

Садовий шланг

чи нафтова магістраль?

Звичайно садовий шланг. Чому? Та тому, що його діаметр набагато менше, ніж у нафтової магістралі.

А тепер дайте відповідь на таке питання, який шланг матиме великий опір, з урахуванням того, що їх довжини і діаметри рівні?

Гофрований

чи гладкий?

Зрозуміло гофрований. Його стінки перешкоджатимуть потоку води.

І ще один аспект. Ми маємо садовий гофрований шланг. Ми обрізали від нього невелику довжину, але все одно залишився ще великий моток шланга

Який шланг матиме більший опір потоку води? Думаю, у того, що довше.

Формула опору

Як не дивно, але справи з проводом точнісінько так само. Чим тонший і довший провід, тим більше його опір електричному струму.Велику роль також відіграє матеріал, з якого він виготовлений. Різні матеріали по-різному проводять електричний струм. Є ті, які чудово проводять струм типу срібла, а є ті, які майже не пропускають через себе електричний струм типу фарфору.

Тому формула матиме такий вигляд:

У техніці досі застосовується застаріла одиниця виміру питомого опору Ом х мм 2/м.Щоб перевести уОм х мдостатньо помножити на 10 -6 , оскільки 1 мм 2 =10 -6 м 2 .

Як ви бачите з таблиці вище, найменшим питомим опором має срібло, тому провід зі срібла буде найкращим провідником у конструюванні радіоелектронних пристроїв. Ну а найпоширенішими та найдешевшими – мідь та алюміній. Саме ці два метали в основному використовуються у всій електронній та електротехнічній промисловості.

Речовини, які чинять найменший опір електричному струму і мають дуже малий опір називаються провідниками, а речовини, які мають дуже великий опір електричному струму і майже його не пропускають через себе, називаються діелектриками. Між ними стоїть клас напівпровідників.

Резистори

В електроніці вже є спеціальні радіоелектронні компоненти. Їх називають .

Існують постійні резистори, у яких опір практично не змінюється:

а є також і змінні резистори:

За допомогою них можна змінювати опір у якомусь певному діапазоні.

Послідовне та паралельне з'єднання резисторів

В електричних схемах постійні резистори позначаються так:

змінні виглядають трохи інакше

Усі вищеописані резистори можна з'єднувати паралельно чи послідовно. При паралельному з'єднанні висновки резисторів з'єднаються у загальних точках.

В цьому випадку, щоб дізнатися загальний опір всіх резисторів у ланцюгу, достатньо буде скористатися формулою, де значення між точками А і В (R AB) і є те R загальне:

При послідовному з'єднанні номінали резисторів просто підсумовуються

В цьому випадку

Резюме

Опір відіграє головну роль в електроніці та електротехніці. Будь-який матеріал у Всесвіті має опір електричному струму. Деякі матеріали дуже погано пропускають через себе електричний струм, а деякі матеріали, такі як срібло та мідь, мають дуже малий опір і відмінно пропускають через себе електричний струм.

На опір впливають такі параметри, як матеріал, площа поперечного перерізу матеріалу, а також його довжина. Матеріали, які відмінно проводять через себе електричний струм, називаються провідниками, а які перешкоджаю протіканню електричного струму – діелектриками.

Резистори – спеціальні радіоелементи в електроніці, які мають певний номінал опору і виконують різні функції.

Цей сайт не міг обійтися без статті про опір. Ну, ніяк! Є в електроніці саме фундаментальне поняття, яке є ще й фізичною властивістю. Ти напевно вже знайомий з цими друзями:

Опір - це властивість матеріалу заважати потоку електронів. Матеріал ніби пручається, перешкоджає цьому потоку, як вітрила фрегата сильному вітру!

У світі практично все має властивість пручатися: повітря пручається потоку електронів, вода теж пручається потоку електронів, але вони все одно прослизають. Мідні дроти теж пручаються потоку електронів, але ліниво. Тож вони дуже добре пропускають такий потік.

Не мають опору тільки надпровідники, але це вже інша історія, оскільки вони не мають опору, то сьогодні вони нам не цікаві.

До речі, потік електронів це і є електричний струм. Формальне визначення більш педантичне, тож шукай його сам у такій же сухій книзі.

І так, електрони між собою взаємодіють. Сила такої взаємодії вимірюється у Вольтах і називається напругою. Скажеш, що дивно звучить? Та нічого дивного. Електрони напружуються та рухають інші електрони із зусиллям. Дещо по-сільськи, зате зрозумілий основний принцип.

Залишилося згадати про потужність. Потужність – це коли струм, напруга та опір збираються за одним столом і починають працювати. Тоді і з'являється потужність – енергія, яку втрачають електрони, проходячи через опір. До речі:

I = U/R P = U * I

Є у тебе, наприклад, лампочка на 60Вт із дротом. Встромляєш її в розетку на 220В. Що далі? Лампочка надає потоку електронів з потенціалом 220В деякий опір. Якщо опір замало - бум, згоріла. Якщо занадто велике - нитка напруження світитиметься дуже слабко, якщо взагалі буде. А ось якщо воно буде "в самий раз", тоді лампочка з'їсть 60Вт і перетворить цю енергію на світло і тепло.

Тепло при цьому побічний ефект і називається "втратою" енергії, тому що замість того, щоб світити яскравіше, лампочка витрачає енергію на нагрівання. Використовуйте енергозберігаючі лампи! До речі, провід теж має опір і якщо потік електронів буде занадто великим, він також нагріється до помітної температури. Тут можна запропонувати почитати замітку про те, навіщо використовуються високовольтні лінії

Впевнений, тепер ти розумієш більше опір. При цьому ми не впали в деталі подібні до питомого опору матеріалу та формули типу

де ρ - питомий опірречовини провідника, Ом·м, l- Довжина провідника, м, а S- Площа перерізу, м ².

Небагато анімашок для повноти картини

І наочно про те, як потік електронів змінюється залежно від температури провідника та його товщини.

Проведемо найпростіший експеримент. До автомобільного акумулятора за допомогою двох коротких дротів підключимо лампочку з фари машини. Лампочка світиться і досить яскраво. А тепер ту саму лампу підключимо набагато довшими з'єднувачами. Світло явно послабшало. В чому справа? У опорі дротів.

Що таке електричний опір

Існують різні формулювання опису цього явища. Скористаємося однією з них:

«Електричний опір – фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти протіканню електроструму».

У нашому експерименті дроти, що підводять напругу від акумулятора до лампочки, надають електроопір струму, що протікає через замкнутий ланцюг. Від джерела напруги – акумулятора, через дроти – провідники, до навантаження – лампи.

Фізична сутність явища

При підключенні навантаження до джерела напруги з'єднувачами виникає замкнутий ланцюг, в якому з'являється електричне поле, що викликає спрямований рух електронів металу проводів від негативного полюса акумулятора до позитивного. Електрони доставляють електроенергію від джерела до навантаження і викликають свічення спіралі лампи. На шляху свого руху електрони ударяються об іони кристалічних ґрат провідника, втрачають частину енергії, яка йде на нагрівання матеріалу з'єднувачів.

Ще одне визначення: "Причиною появи електроопору є результат взаємодії потоку електронів з молекулами (іонами) з яких складається провідник".

Важливе зауваження! Хоча електрони рухаються від мінусу джерела напруги до плюсу, напрямок електричного струму історично вважається протилежним — від плюса до мінуса.

Струм може протікати у твердих матеріалах, металах, а й у рідких речовинах, розчинах солей, кислот, лугів. Там основним переносником енергії є іони позитивного та негативного заряду. Наприклад, в автомобільних акумуляторах струм проходить через водний розчин сірчаної кислоти.

Вимір опору провідників

За одиницю електроопору в системі СІ прийнято 1 Ом. Якщо скористатися законом Ома для ділянки електричного кола:

I = U/R,

• I - Струм, що протікає в ланцюзі;
• U – напруга;
• R – електроопір.

перетворюючи формулу R = U/I, можна сказати, що 1 Ом дорівнює відношенню напруги в 1 Вольт до струму в 1 Ампер.

R у цій формулі величина постійна і залежить від величин напруги і струму.

Для більших значень застосовуються одиниці:

• 1 ком = 1 000 Ом;
• 1 МОм = 1000000 Ом;
• 1 ГОм = 1000000000 Ом.

Від чого залежить електроопір провідника

Насамперед воно залежить від матеріалу, з якого зроблено з'єднувач. Різні метали по-різному перешкоджають проходженню електричного струму. Відомо, що срібло, мідь, алюміній добре проводять електрострум, а сталь значно гірша.

Існує поняття питомого електроопору матеріалу, яке позначили грецькою літерою р (ро). Ця характеристика залежить від внутрішніх властивостей речовини, з якого виготовлений провідник. Але його повний опір буде заздрість ще й від довжини та площі перетину. Ось формула, яка пов'язує всі ці величини:

R = р * L / S,

• р - питомий опір матеріалу;
• L - Довжина;
• S – площа поперечного перерізу.

Площа перерізу S у практичній електротехніці прийнято вважати в кв.мм., тоді розмірність р виражається, як Ом * кв.мм / метр.

Висновок: для зменшення електроопору, а значить і втрат в електроланцюзі, матеріал повинен мати мінімальний питомий опір, а сам провідник бути якомога коротшим і мати досить великий поперечний переріз.

Показники для твердотільних матеріалів

З таблиці видно, що для виготовлення з'єднувачів, на яких втрачатиметься мінімальна кількість електроенергії, найкраще підійдуть срібло, мідь та алюміній, а ось з фехралі та ніхрому виготовлять термоелектронагрівачі (ТЕНи).

Слід зазначити, що це значення справедливі для температури 20 0 З. У разі підвищення температури питома електроопір металів зростає, при зниженні падає, виняток становить Константан, його питома характеристика змінюється незначно.

При сильному зниженні температури, близькому до абсолютного нуля, опір металів може стати нульовим, настає явище надпровідності. Пояснюється це тим, що іони кристалічних ґрат «замерзають», перестають вагатися, і не надають електронам перешкод у їхньому русі.

Показники для рідких провідників

Питомі електроопір розчинів солей, кислот та лугів залежать не тільки від їх хімічного складу, а й від концентрації розчину. Залежність температури зворотна, ніж в металів. При нагріванні питомий опір падає, при охолодженні зростає. Рідина може замерзнути за низьких температур і перестати проводити струм.

Наочний приклад – поведінка автомобільних акумуляторіву сильний мороз. Електроліт - розчин сірчаної кислоти, при значних мінусових температурах (-20, -30С 0) збільшує внутрішній опір електроакумулятора, і повноцінна віддача струму стартеру стає неможливою.

Електропровідність

У деяких випадках зручніше користуватися поняттям провідності електроструму. Ця характеристика вимірюється в Сіменсах:

• G – провідність;
• R - опір,
• а 1 Див = 1/ Ом.

Приклад із практики

Отримавши деякі відомості про опір, варто провести нескладний розрахунок, і з'ясувати, як впливають характеристики з'єднувачів на параметри електричних кіл.

Повернемося до найпростішої електричної схеми, що складається з акумулятора, лампочки та проводів:

• Напруга акумулятора 12,5 Ст.
• Лампа має потужність 21 Вт.
• З'єднувачі мідні, довжина 1 метр х 2 шт., Розтин 1,5 кв.мм.

Знайдемо електроопір проводів: R = р * L/S. Підставляємо наші дані: R = 0,017 * 2/1,5 = 0,023 Ом.

Знайдемо опір лампи. Її електрична потужність 21 Вт, при підключенні до джерела живлення 12,5 В. струм у ланцюгу дорівнюватиме:

I = P/U,

• I – струм, що шукається;
• P – потужність лампи;
• U – напруга джерела.

Підставляємо числа: I = 21/12,5 = 1,68 А.

Опір лампи знаходимо згідно із законом Ома для ділянки ланцюга. Якщо I = U/R, R = U/I. Або: R = 12,5 / 1,68 = 7,44 Ом.

У розрахунку ми знехтували опором проводів, він більш ніж у 300 разів менший за електроопір навантаження.

Знайдемо втрати потужності на проводах та порівняємо її з корисною потужністю навантаження. Нам відомий струм у ланцюгу, відомі параметри з'єднувачів, знайдемо потужність, що губиться на дротах:

P = U * I,

замінюємо у формулі напругу згідно із законом Ома: U = I*R, підставляємо у формулу потужності:

P = I * R * I = I 2 * R.

Після підстановки чисел: P = 1,68 2 * 0,023 = 0,065 Вт.

Результат відмінний, з'єднувачі забирають у навантаження лише 0,3% потужності.

Але якщо підключити лампу через довгі дроти (20 метрів), та ще й тонкі, перетин 0,75 кв.мм., то картина зміниться. Не повторюючи тут весь розрахунок, можна відзначити, що за таких з'єднувачів ефективна потужність лампи знизиться майже на 11%, а втрати енергії на провідниках становитимуть уже 6%.

Запам'ятаймо правило — зменшення втрат в електричних мережах необхідно знижувати електроопір проводів, застосовувати мідь чи алюміній, по можливості скорочувати довжину і збільшувати перерізи провідників.

Що таке опір: відео

Електричним струмом (I) називається спрямований рух електричних зарядів(іонів - в електролітах, електронів провідності у металах).
Необхідною умовою для протікання електричного струму є замкнутість електричного кола.

Електричний струм вимірюється в амперах (А).

Похідними одиницями вимірювання струму є:
1 кілоампер (кА) = 1000 А;
1 міліампер (мА) 0,001 А;
1 мікроампер (мкА) = 0,000001 А.

Людина починає відчувати струм, що проходить через його тіло, в 0,005 А. Струм більше 0,05 А небезпечний для життя людини.

Електричною напругою (U)називається різниця потенціалів між двома точками електричного поля.

Одиницею різниці електричних потенціалівє вольт (B).
1 В = (1 Вт): (1 А).

Похідними одиницями вимірювання напруги є:

1 кіловольт (кВ) = 1000;
1 мілівольт (мВ) = 0,001;
1 мікровольт (мкВ) = 0,00000 1 ст.

Опіром ділянки електричного ланцюганазивається величина, яка залежить від матеріалу провідника, його довжини та поперечного перерізу.

Електричний опір вимірюється в омах (Ом).
1 Ом = (1 В): (1 А).

Похідними одиницями вимірювання опору є:

1 кілоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1000000 Ом;
1 міліОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 мікроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.

Електричний опір тіла людини залежно від низки умов коливається від 2000 до 10000 Ом.

Питомим електричним опором (?)називається опір дроту довжиною 1 м і перетином 1 мм2 при температурі 20 °С.

Величина, обернена питомого опору, називається питомою електричною провідністю (γ).

Потужністю (Р)називається величина, що характеризує швидкість, з якою відбувається перетворення енергії, або швидкість, з якою відбувається робота.
Потужністю генератора називається величина, що характеризує швидкість, з якою механічна чи інша енергія перетворюється на генераторі електричну.
Потужністю споживача називається величина, що характеризує швидкість, з якою відбувається перетворення електричної енергії окремих ділянках ланцюга інші корисні види енергії.

Системною одиницею потужності СІ є ват (Вт). Він дорівнює потужності, при якій за 1 секунду виконується робота в 1 джоуль:

1Вт = 1Дж/1сек

Похідними одиницями вимірювання електричної потужності є:

1 кіловат (кВт) = 1000 Вт;
1 мегават (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 міліват (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 кінська сила (к. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.

Одиницями виміру електричної енергіїє:

1 ват-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 кіловат-годину (кВт год) = 3,б 106 Вт сек.

приклад. Струм, споживаний електродвигуном, приєднаним до мережі 220, становив 10 А протягом 15 хвилин. Визначити енергію, спожиту двигуном.
Вт*сек, або розділивши цю величину на 1000 і 3600, отримаємо енергію в кіловат-годинах:

W = 1980000 / (1000 * 3600) = 0,55 кВт * год

Таблиця 1. Електричні величини та одиниці