Електричний опір провідників - статті
Поняття про електричний опір і провідності
Будь-яке тіло, по якому протікає електричний струм, надає йому певний опір. Властивість матеріалу провідника перешкоджати проходженню через нього електричного струму називається електричним опором.
Електронна теорія так пояснює сутність електричного опору металевих провідників. Вільні електрони при русі по провіднику незліченну кількість разів зустрічають на своєму шляху атоми і інші електрони і, взаємодіючи з ними, неминуче втрачають частину своєї енергії. Електрони відчувають як би опір своєму руху. Різні металеві провідники, що мають різне атомне будова, роблять різний опір електричному струму.
Точно тим же пояснюється опір рідких провідників і газів проходженню електричного струму. Однак не слід забувати, що в цих речовин не електрони, а заряджені частинки молекул зустрічають опір при своєму русі.
Опір позначається латинськими буквами Rілі r.
За одиницю електричного опору прийнятий му.
Ом є опір стовпа ртуті висотою 106,3 см з поперечним перерізом 1 мм2 при температурі 0 ° С.
Якщо, наприклад, електричний опір провідника становить 4 ом, то записується це так: R = 4 ом або r = 4 Ом.
Для вимірювання опорів великий величини прийнята одиниця, звана Мегом.
Один мегом дорівнює одному мільйону му.
Чим більше опір провідника, тим гірше він проводить електричний струм, і, навпаки, чим менше опір провідника, тим легше електричному струму пройти через цей провідник.
Отже, для характеристики провідника (з точки зору проходження через нього електричного струму) можна розглядати не тільки його опір, а й величину, зворотну опору і звану, провідність.
Електричну провідність називається здатність матеріалу пропускати через себе електричний струм.
Так як провідність є величина, зворотна опору, то і виражається вона як 1 / R, позначається провідність латинською літерою g.
Вплив матеріалу провідника, його розмірів і навколишньої температури на величину електричного опору
Опір різних провідників залежить від матеріалу, з якого вони виготовлені. Для характеристики електричного опору різних матеріалів введено поняття так званого питомого опору.
Питомим опором називається опір провідника довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 мм2. Питомий опір позначається буквою грецького алфавіту р. Кожен матеріал, з якого виготовляється провідник, має свій питомим опором.
Наприклад, питомий опір міді одно 0,0175, т. Е. Мідний провідник довжиною 1 м і перерізом 1 мм2 має опір 0,0175 ом. Питомий опір алюмінію одно 0,029, питомий опір заліза - 0,135, питомий опір константана - 0,48, питомий опір ніхрому - 1-1,1.
Опір провідника прямо пропорційний його довжині, т. Е. Чим довше провідник, тим більше його електричний опір.
Опір провідника обернено пропорційно площі його поперечного перерізу, т. Е. Чим товще провідник, тим його опір менше, і, навпаки, чим тонше провідник, тим його опір більше.
Щоб краще зрозуміти цю залежність, уявіть собі дві пари сполучених посудин, причому в однієї пари судин з'єднує трубка тонка, а в іншої - товста. Ясно, що при заповненні водою одного з судин (кожної пари) перехід її в іншу посудину з товстої трубці відбудеться набагато швидше, ніж по тонкій, т. Е. Товста трубка надасть менший опір течією води. Точно так само і електричного струму легше пройти по товстому провіднику, ніж по тонкому, т. Е. Перший надає йому менший опір, ніж другий.
Електричний опір провідника одно питомому опору матеріалу, з якого цей провідник зроблений, помноженому на довжину провідника і поділеній на площу поперечного перерізу провідника:
де - R - опір провідника, ом, l - довжина в провідника в м, S - площа поперечного перерізу провідника, мм2.
Площа поперечного сеченіякруглого провідника обчислюється за формулою:
де π - постійна величина, що дорівнює 3,14; d - діаметр провідника.
А так визначається довжина провідника:
Ця формула дає можливість визначити довжину провідника, його перетин і питомий опір, якщо відомі інші величини, що входять в формулу.
Якщо ж необхідно визначити площу поперечного перерізу провідника, то формулу приводять до наступного вигляду:
Перетворюючи ту ж формулу і вирішивши рівність щодо р, знайдемо питомий опір провідника:
Останньою формулою доводиться користуватися в тих випадках, коли відомі опір і розміри провідника, а його матеріал невідомий і до того ж трудноопределим за зовнішнім виглядом. Для цього треба визначити питомий опір провідника і, користуючись таблицею, знайти матеріал, що володіє таким питомим опором.
Ще однією причиною, яка впливає на опір провідників, є температура.
Встановлено, що з підвищенням температури опір металевих провідників зростає, а зі зниженням зменшується. Це збільшення або зменшення опору для провідників з чистих металів майже однаково і в середньому дорівнює 0,4% на 1 ° C. Опір рідких провідників і вугілля зі збільшенням температури зменшується.
Електронна теорія будови речовини дає наступне пояснення збільшення опору металевих провідників з підвищенням температури. При нагріванні провідник отримує теплову енергію, яка неминуче передається всім атомам речовини, в результаті чого зростає інтенсивність їх руху. Зростання рух атомів створює більший опір направленого руху вільних електронів, від чого і зростає опір провідника. Зі зниженням же температури створюються кращі умови для спрямованого руху електронів, і опір провідника зменшується. Цим пояснюється цікаве явище - надпровідність металів.
Надпровідність. т. е. зменшення опору металів до нуля, настає при величезній мінусовій температурі -273 ° C, званої абсолютним нулем. При температурі абсолютного нуля атоми металу як би застигають на місці, абсолютно не перешкоджаючи руху електронів.
Поняття про електричний опір і провідності
Будь-яке тіло, по якому протікає електричний струм, надає йому певний опір. Властивість матеріалу провідника перешкоджати проходженню через нього електричного струму називається електричним опором.
Електронна теорія так пояснює сутність електричного опору металевих провідників. Вільні електрони при русі по провіднику незліченну кількість разів зустрічають на своєму шляху атоми і інші електрони і, взаємодіючи з ними, неминуче втрачають частину своєї енергії. Електрони відчувають як би опір своєму руху. Різні металеві провідники, що мають різне атомне будова, роблять різний опір електричному струму.
Точно тим же пояснюється опір рідких провідників і газів проходженню електричного струму. Однак не слід забувати, що в цих речовин не електрони, а заряджені частинки молекул зустрічають опір при своєму русі.
Опір позначається латинськими буквами Rілі r.
За одиницю електричного опору прийнятий му.
Ом є опір стовпа ртуті висотою 106,3 см з поперечним перерізом 1 мм2 при температурі 0 ° С.
Якщо, наприклад, електричний опір провідника становить 4 ом, то записується це так: R = 4 ом або r = 4 Ом.
Для вимірювання опорів великий величини прийнята одиниця, звана Мегом.
Один мегом дорівнює одному мільйону му.
Чим більше опір провідника, тим гірше він проводить електричний струм, і, навпаки, чим менше опір провідника, тим легше електричному струму пройти через цей провідник.
Отже, для характеристики провідника (з точки зору проходження через нього електричного струму) можна розглядати не тільки його опір, а й величину, зворотну опору і звану, провідність.
Електричну провідність називається здатність матеріалу пропускати через себе електричний струм.
Так як провідність є величина, зворотна опору, то і виражається вона як 1 / R, позначається провідність латинською літерою g.
Вплив матеріалу провідника, його розмірів і навколишньої температури на величину електричного опору
Опір різних провідників залежить від матеріалу, з якого вони виготовлені. Для характеристики електричного опору різних матеріалів введено поняття так званого питомого опору.
Питомим опором називається опір провідника довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 мм2. Питомий опір позначається буквою грецького алфавіту р. Кожен матеріал, з якого виготовляється провідник, має свій питомим опором.
Наприклад, питомий опір міді одно 0,0175, т. Е. Мідний провідник довжиною 1 м і перерізом 1 мм2 має опір 0,0175 ом. Питомий опір алюмінію одно 0,029, питомий опір заліза - 0,135, питомий опір константана - 0,48, питомий опір ніхрому - 1-1,1.
Опір провідника прямо пропорційний його довжині, т. Е. Чим довше провідник, тим більше його електричний опір.
Опір провідника обернено пропорційно площі його поперечного перерізу, т. Е. Чим товще провідник, тим його опір менше, і, навпаки, чим тонше провідник, тим його опір більше.
Щоб краще зрозуміти цю залежність, уявіть собі дві пари сполучених посудин, причому в однієї пари судин з'єднує трубка тонка, а в іншої - товста. Ясно, що при заповненні водою одного з судин (кожної пари) перехід її в іншу посудину з товстої трубці відбудеться набагато швидше, ніж по тонкій, т. Е. Товста трубка надасть менший опір течією води. Точно так само і електричного струму легше пройти по товстому провіднику, ніж по тонкому, т. Е. Перший надає йому менший опір, ніж другий.
Електричний опір провідника одно питомому опору матеріалу, з якого цей провідник зроблений, помноженому на довжину провідника і поділеній на площу поперечного перерізу провідника:
де - R - опір провідника, ом, l - довжина в провідника в м, S - площа поперечного перерізу провідника, мм2.
Площа поперечного перерізу круглого провідника обчислюється за формулою:
де π - постійна величина, що дорівнює 3,14; d - діаметр провідника.
А так визначається довжина провідника:
Ця формула дає можливість визначити довжину провідника, його перетин і питомий опір, якщо відомі інші величини, що входять в формулу.
Якщо ж необхідно визначити площу поперечного перерізу провідника, то формулу приводять до наступного вигляду:
Перетворюючи ту ж формулу і вирішивши рівність щодо р, знайдемо питомий опір провідника:
Останньою формулою доводиться користуватися в тих випадках, коли відомі опір і розміри провідника, а його матеріал невідомий і до того ж трудноопределим за зовнішнім виглядом. Для цього треба визначити питомий опір провідника і, користуючись таблицею, знайти матеріал, що володіє таким питомим опором.
Ще однією причиною, яка впливає на опір провідників, є температура.
Встановлено, що з підвищенням температури опір металевих провідників зростає, а зі зниженням зменшується. Це збільшення або зменшення опору для провідників з чистих металів майже однаково і в середньому дорівнює 0,4% на 1 ° C. Опір рідких провідників і вугілля зі збільшенням температури зменшується.
Електронна теорія будови речовини дає наступне пояснення збільшення опору металевих провідників з підвищенням температури. При нагріванні провідник отримує теплову енергію, яка неминуче передається всім атомам речовини, в результаті чого зростає інтенсивність їх руху. Зростання рух атомів створює більший опір направленого руху вільних електронів, від чого і зростає опір провідника. Зі зниженням же температури створюються кращі умови для спрямованого руху електронів, і опір провідника зменшується. Цим пояснюється цікаве явище - надпровідність металів.
Надпровідність, т. Е. Зменшення опору металів до нуля, настає при величезній мінусовій температурі -273 ° C, званої абсолютним нулем. При температурі абсолютного нуля атоми металу як би застигають на місці, абсолютно не перешкоджаючи руху електронів.