Питомий опір

Зберемо ланцюг, зображену на малюнку. Силу струму в ланцюзі вимірюють амперметром, напруга - вольтметром. Знаючи напругу на кінцях провідника і силу струму в ньому, згідно із законом Ома можна визначити опір кожного з провідників.

У ланцюг джерела струму по черзі будемо включати різні провідники, наприклад, нікелінові дроту однакової товщини, але різної довжини. Виконавши зазначені досліди, ми встановимо, що з двох нікелінового дротів однакової товщини довша дріт має більший опір.
У наступному експерименті по черзі будемо включати нікелінові дроту однакової довжини, але різної товщини (різної площі поперечного перерізу). Встановимо, що з двох нікелінового дротів однакової довжини більший опір має дріт, поперечний переріз якої менше.
У третьому експерименті по черзі будемо включати нікелінову і нихромовую дроту однакової довжини і товщини. Встановимо, що з нікелінового і нихромовая дроту однакових розмірів мають різний опір.
Залежність опору провідника від його розмірів і речовини, з якого виготовлений провідник, вперше на дослідах вивчив Ом. Він встановив, що

Опір прямо пропорційно довжині провідника, обернено пропорційно площі його поперечного перерізу і залежить від речовини провідника.

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.

Причиною наявності опору у провідника є взаємодія рухомих електронів з іонами кристалічної решітки провідника. Через відмінності в будові кристалічної решітки у провідників, виконаних з різних речовин, опору їх відрізняються один від одного. Для характеристики матеріалу вводять величину, яку називають питомим опором.

Питомий опір - це фізична величина, яка визначає опір провідника з даної речовини довжиною \ (1 \) м, площею поперечного перерізу \ (1 \) м².

Введемо буквені позначення: \ (ρ \) - питомий опір провідника, \ (l \) - довжина провідника, \ (S \) - площа його поперечного перерізу. Тоді опір провідника \ (R \) виразиться формулою:

З цієї формули можна виразити і інші величини:

ι = RS ρ. S = ρ ι R. ρ = RS ι.

З останньої формули можна визначити одиницю питомого опору. Так як одиницею опору є \ (1 \) Ом, одиницею площі поперечного перерізу - \ (1 \) м², а одиницею довжини - \ (1 \) м, то одиницею питомого опору буде:

1 Ом ⋅ 1 м 2 1 м = 1 Ом ⋅ 1 м. Тобто Ом ⋅ м.

Зручніше висловлювати площа поперечного перерізу провідника в квадратних міліметрах, так як вона найчастіше буває невеликий. Тоді одиницею питомого опору буде:

1 Ом ⋅ 1 мм 2 1 м. Тобто Ом ⋅ мм 2 м.

У таблиці наведені значення питомих опорів деяких речовин при \ (20 \) ° С.

Питомий опір зі зміною температури змінюється.

Дослідним шляхом було встановлено, що у металів, наприклад, питомий опір з підвищенням температури збільшується.

З усіх металів найменшим питомим опором володіють срібло і мідь. Отже, срібло і мідь - кращі провідники електрики.

При проводці електричних ланцюгів використовують алюмінієві, мідні та залізні дроти.
У багатьох випадках потрібні прилади, що мають великий опір. Їх виготовляють із спеціально створених сплавів - речовин з великим питомим опором. Наприклад, як видно з таблиці, сплав ніхром має питомий опір майже в \ (40 \) раз більше, ніж алюміній.

Скло і дерево мають таке велике питомий опір, що майже зовсім не проводять електричний струм і є ізоляторами.

На практиці часто доводиться міняти силу струму в ланцюзі, роблячи її то більше, то менше. Так, змінюючи силу струму в динаміці радіоприймача, ми регулюємо гучність звуку. Зміною сили струму в електродвигуні швейної машини можна регулювати швидкість його обертання.
В багатьох випадках

для регулювання сили струму в ланцюзі застосовують спеціальні прилади - реостати.

Найпростішим реостатом може служити дріт з матеріалу з великим питомим опором, наприклад нікелінового або ніхромовий. Включивши таку зволікання в ланцюг джерела електричного струму через контакти А і С і пересуваючи рухливий контакт С, можна зменшувати або збільшувати довжину включеного в ланцюг ділянки АС. При цьому буде змінюватися опір ланцюга, а отже, і сила струму в ній, це покаже амперметр.

Реостатів, застосовуваним на практиці, надають більш зручну і компактну форму. Для цієї мети використовують дріт з великим питомим опором. Один з реостатов (ползунковий реостат) зображений на малюнку.

У цьому реостате нікелінового провiд намотаний на керамічний циліндр. Дріт покрита тонким шаром не проводить струм окалини, тому витки її ізольовані один від одного. Над обмоткою розташований металевий стрижень, за яким може переміщатися повзунок. Своїми контактами він притиснутий до витків обмотки. Від тертя повзунка про витки шар окалини під його контактами стирається, і електричний струм в ланцюзі проходить від витоків дроту до повзунка, а через нього в стрижень, який має на кінці затиск \ (1 \). За допомогою цього затиску і затиску \ (2 \), з'єднаного з одним з кінців обмотки і розташованого на корпусі реостата, реостат під'єднують в ланцюг. Переміщаючи повзунок по стрижні, можна збільшувати або зменшувати опір реостата, включеного в ланцюг.
Умовне позначення реостата в схемах показано на малюнку:

Кожен реостат розрахований на певний спротив і на найбільшу допустиму силу струму, перевищувати яку не слід, так як обмотка реостата загострюється і може перегоріти. Опір реостата і найбільше допустиме значення сили струму вказані на реостате.

Реостат не можна повністю виводити, так як опір його при цьому стає рівним нулю, і якщо в ланцюзі немає інших приймачів струму, то сила струму може виявитися дуже великий і амперметр зіпсується.

На малюнку зображений реостат, за допомогою якого можна змінювати опір в ланцюзі не плавно, а ступенями - стрибками, тому що кожна спіраль реостата має певний опір.