Влияние электрического сопротивления на электрический ток можно представить следующим образом:
Электрическое сопротивление говорит о том, какое напряжение U необходимо, чтобы заставить электрический ток определенной силы тока I протекать через проводник. В физике для обозначения электрического сопротивления в формуле используется прописная буква R (от английского слова “Resistor” или “Resistance”).
Аналогия с потоком воды
Когда речь идет об электрическом сопротивлении в физике, необходимо различать два случая:
Примечание. Резистор – это прибор с постоянным сопротивлением. Если необходимо регулировать силу тока в электрической цепи, то используют для этой цели реостаты – приборы с переменным сопротивлением. В составе реостата имеется подвижный контакт, при помощи которого изменяется длина участка, включённого в цепь. Реостат используется, например, в регуляторах громкости радиоприёмников.
Вы можете проиллюстрировать работу резистора как элемента (т.е. случай 1) с помощью модели протекания воды в трубе.
Если представить поток электрического тока как поток воды через трубу, то резистор, имеющий электрическое сопротивление R, выполняет функцию сужения трубы. Сужение в трубе препятствует потоку воды, подобно тому, как резистор препятствует потоку электрического тока. Если вы сильнее сузите трубу, то сопротивление потоку воды увеличится. Тем самым труба будет больше препятствовать потоку воды.
Формулы для определения электрического сопротивления
Согласно закона Ома для участка электрической цепи следует, что если вы измеряете напряжение U на проводнике и через него течет ток силой I, то проводник имеет электрическое сопротивление R, равное U, деленное на I, т.е. R = U / I. Единицей измерения электрического сопротивления в СИ является Ом, которая названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома. То есть, 1 Ом – это сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток силой 1 А. Поэтому, иногда, электрическое сопротивление ещё могут называть “омическим сопротивлением”.
Рис. 2. Определение электрического сопротивления
Для очень малых или очень больших сопротивлений используются такие дополнения, как милли-, кило- или мегаом. Применяются следующие отношения:
Интересный факт! Электрическое сопротивление человеческого тела может изменяться от 20000 Ом до 1800 Ом.
Также вы можете рассчитать электрическое сопротивление проводников с помощью их геометрических характеристик. Формула для этого следующая (см. также рисунок 3):
Другими словами, чем тоньше и длиннее проводник, тем больше его сопротивление электрическому току. Весомое значение имеет также материал, из которого изготовлен проводник.
Как измерять электрического сопротивление?
Для измерения электрического сопротивления необходимо придерживаться следующих правил:
Значение омического сопротивления лучше всего определять с помощью цифрового мультиметра, чтобы избежать ошибок и неточностей в показаниях.
При измерении с помощью измерительного прибора измеряемый элемент не должен быть подключен к источнику напряжения во время измерения. Измеряемый элемент должен быть отпаян от электрической цепи, по крайней мере, с одной стороны. В противном случае расположенные параллельно элементы будут влиять на результат измерения.
L 2 MT −3 I −2 (СИ); TL −1 (СГСЭ, гауссова система); LT −1 (СГСМ)
Классическая электродинамика
Электричество · Магнетизм
Электростатика
Закон Кулона Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал
Магнитостатика
Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера Магнитный момент Магнитное поле Магнитный поток
Электродинамика
Векторный потенциал Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле
Электрическая цепь
Закон Ома Законы Кирхгофа Индуктивность Радиоволновод Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс
Ковариантная формулировка
Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-потенциал 4-ток
Известные учёные
Генри Кавендиш Майкл Фарадей Никола Тесла Андре-Мари Ампер Густав Роберт Кирхгоф Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл Генри Рудольф Герц Альберт Абрахам Майкельсон Роберт Эндрюс Милликен
См. также: Портал:Физика
Сопротивление (часто обозначается буквой R или r ) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как
R — сопротивление; U — разность электрических потенциалов на концах проводника; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.
Содержание
Единицы и размерности
Физика явления
Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.
В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.
Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:
где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, l — длина проводника, а S — площадь сечения. Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.
Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади.
Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.
Проектирование и эксплуатация электрических приборов и установок во многом зависят от сопротивления материалов. В статье будет подробно рассказано, что из себя представляет величина электрического сопротивления 1 Ом.
Дополнительно будет дано описание обозначения этой единицы и правила замера сопротивления при помощи мультиметра.
Определение
Для того чтобы узнать, что такое за значение 1 Ом, необходимо знать определение электрического сопротивления. Электрическое сопротивление — это физическая величина, определяющая сопротивляемость проводника прохождению электрического тока.
Сопротивление измеряется в Омах. 1 Ом — это сопротивление участка электроцепи, между концами которой протекает электроток в один ампер, а напряжение на его концах при этом равняется одному вольту.
Данная величина обозначается в Омах.
Все существующие материалы имеют физическую способность к проводимости электрического тока. Эти материалы подразделяются на 2 основные группы:
Ом — это в системе СИ единица измерения электрического сопротивления. Эта способность материалов была открыта немецким физиком Георгом Симоном Омом. Параметр проводимости получил свое специальное обозначение — значок Ома или символ Омега «Ω».
Физика в качестве базовой величины сопротивления использует величину 1 Ом. Сила в 1000 Ом имеет сокращенное обозначение 1 кОм. В зависимости от типа проводника, сопротивление может иметь различные значения. В физике максимальное значение сопротивление — 1 Йоттаом (ИОм), которое равняется 10 в 24 степени Ом. Сколько существует различных производных единиц сопротивления, можно увидеть на рисунке ниже.
По причине часто возникающих ошибок при написании, было принято еще одно обозначение Ом для Европейской системы классификации. Во многих технических руководствах вы можете встретить обозначение «ohm».
Важно! В рукописном варианте для обозначения сопротивления используют само слово «Ом», а не греческую букву «Омега». Знак «Ω» используется в электронных технических руководствах и при обозначении параметров радиодеталей.
Параметр проводимости измеряется не только по системе СИ. Существует система СГС, которая определяет проводимость по параметрам длины, веса и времени. Параметр СГС или сантиметр, грамм, секунда. По данной классификации, электрическая проводимость для СГС имеет обозначение СГСR. Величина указывает сопротивление не всего проводника, а только его отдельного участка, с учетом длины и веса. Также учитывается время прохождения заряда в 1 вольт по этому участку.
СГС и обычная электрическая проводимость сильно отличаются. Так одна единица СГСR равняется 9*10 в 11 степени Ом. Данная система не имеет практического применения в радиоэлектронике, по причине того, что многие расчетные величины безмерны. Она используется при расчетах электромагнетизма в системе Гаусса, а также в электродинамике.
Формула расчета
Расчет электрического сопротивления делается по специальной формуле. Она состоит из следующих значений:
Формула выглядит следующим образом: I=U/R.
Зная рабочее напряжение и силу тока, можно легко вычислить рабочее сопротивление. Например, электрическая печь работает от напряжения 240 вольт, при силе тока 2 ампера.
Рабочее сопротивление — определяющий параметр при эксплуатации электрооборудования и его ремонте.
При повышении сопротивления значительно снижается проводимость, а значит и сила тока в цепи. При снижении сопротивления, сильно увеличивается сила тока.
Эти особенности проводников часто используются инженерами. Например, для получения высокой температуры, используется спираль с большим сопротивлением. И наоборот, для того, чтобы загорелась лампа накаливания, используется вольфрамовая спираль с очень низким сопротивлением.
Как известно любое физическое воздействие влечет за собой выделение тепловой энергии. При помощи значения проводимости можно легко рассчитать количество выделяемого тепла или Ватт. Делается это при помощи формулы: Вт=А×Ом.
Замер
Наиболее известная радиодеталь, обладающая стабильным рабочим сопротивлением — резистор. Этот элемент не имеет индуктивности и емкости, поэтому может без потери снижать выходящее сопротивление для стабильной работы других компонентов цепи.
Для того чтобы проверить сопротивление проводника, используется прибор омметр. Мерить также можно электронным мультиметром, оснащенным функцией омметра.
Далее будет описан процесс измерения на примере обычного резистора.
Резисторы получают специальное обозначение на корпусе, равное способности радиодетали проводить электрический ток. При измерении значения не должны сильно отклоняться от эталонных.
Важно! Мерить данный параметр можно только на обесточенной цепи. Перед замером на схеме стоит проверить напряжение на конденсаторах и разрядить их.
Параметр сопротивления можно использовать и для проверки целостности элементов электрической цепи. Для точного определения причины неисправности электрических приборов мастер должен знать рабочее сопротивление устройства или силу тока, при котором оно работает. Если в процессе измерения рабочий параметр увеличился, можно сделать вывод о наличии короткого замыкания в цепи, пригорании контактов или повреждении катушки индуктивности. При значительном снижении параметра увеличится значение силы тока, что станет причиной выгорания конденсаторов, части резисторов, увеличения общей рабочей температуры устройства.
Современные мультиметры имеют функцию «прозвонки» со звуковым оповещением. Этот режим можно легко заменить режимом омметра. При помощи омметра можно мерить целостность жил проводки, определять целостность обмотки электрических двигателей и катушек индуктивности.
Очень часто новички используют параметр электрической проводимости и рабочего напряжения для расчета силы тока для нормального функционирования прибора. Делать подобные расчеты можно только при проектировании, используя формулу: А=В/Ом. Имея уже функциональное устройство расчет может быть неверным, если рабочее сопротивление было завышено/занижено вышедшими из строя элементами цепи.
Заключение
Сопротивление и его единица измерения Ом имеют основополагающее значение. Этот параметр помогает выявить неисправности электронных устройств, проектировать различную аппаратуру. Умея мерить этот параметр и зная, что он означает, мастер сможет выполнить ремонт оборудования любой сложности.
Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления
Содержание
Различные вещества имеют разную проводимость. Мы уже говорили о существовании проводников, полупроводников и диэлектриках. Среди проводников электричества мы выделили металлы — они имеют лучшую проводимость, так как содержат в себе большое количество свободных электронов. Эти заряженные частицы под действием сил электрического поля приходят в движение. Так возникает такое явление, как электрический ток.
Но даже среди металлов можно выделить те, которые лучше проводят ток. Значит, есть и те металлы, которые проводят ток хуже. Как же сравнивать эту способность веществ? Так мы подходим к введению новой характеристики проводников.
Называется эта характеристика «электрическое сопротивление«. На данном уроке мы рассмотрим ее связь с проводимостью различный веществ, узнаем причины ее возникновения и разберемся, от каких других величин и свойств она зависит.
Зависимость показаний амперметра и вольтметра от используемого проводника в цепи
Для начала проведем интересный опыт. Соберем электрическую цепь из источника тока, ключа, амперметра и вольтметра. Также мы будем включать в эту цепь проводники из различных материалов. Они закреплены на специальной панели. К этим же проводникам мы будем параллельно подключать вольтметр (рисунок 1).
Проводники у нас обозначены следующим образом: AB — железная проволока, CD — никелиновая проволока, EF — медная проволока.
Эти проводники имеют одинаковую длину и сечение.
Сначала подключим в цепь железную проволоку AB. Зафиксируем показания амперметра и вольтметра после замыкания ключа.
Теперь переключимся на никелиновую проволоку CD. Мы заметим, что сила тока в цепи уменьшилась.
Испробуем третий проводник: медную проволоку EF. Теперь сила тока значительно увеличилась.
Вы не забыли, что в нашем опыте был еще и вольтметр? Мы поочередно подключали его к каждому из проводников.
Каждый раз мы получали одинаковое значение напряжения. Оно не изменялось.
Зависимость силы тока от свойств проводников
Вы уже знаете, что сила тока зависит от напряжения. Ведь напряжение является характеристикой электрического поля.
Но в нашем опыте напряжение оставалось постоянным. Значит, сила тока имеет еще одну зависимость.
Сила тока в цепи зависит от свойств проводников, включенных в электрическую цепь.
Электрическое сопротивление
Что же это за свойства? Их совокупность в электричестве получила свое определение. Принято говорить, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.
Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока.
Единица измерения сопротивления
Что принимают за единицу сопротивления проводника? Как ее называют?
Электрическое сопротивление измеряется в омах.
Дольные и кратные единицы сопротивления
Какие единицы сопротивления, кроме ома, используют?
На практике часто используют дополнительные единицы измерения сопротивления: миллиом ($мОм$), килоом ($кОм$), мегаом ($МОм$).
Вспомните урок «Электрический ток в металлах«. Электроны, двигаясь под действием электрического поля, обретают некоторое направление. Но при этом хаотичность их движения сохраняется. Мы еще сравнивали такое движение со стайкой мошкары, которую относит ветром.
Сделаем вывод из наших рассуждений.
Причина сопротивления — это взаимосвязь движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.
Логично, что разные проводники будут обладать разными значениями сопротивления. Все дело будет в различиях строения их кристаллической решетки. Кроме того, значение будут иметь длина проводника и площадь его поперечного сечения. Об этом мы поговорим в следующих уроках.
Электрическое сопротивление наглядно: интересные опыты
Упражнения
Упражнение №1
Начертите схему цепи, изображённой на рисунке 1, и объясните опыт, проведённый по данному рисунку.
Схема электрической цепи изображена на рисунке 2. Проводник обозначен прямоугольником.
В ходе этого опыта используют различные проводники. При этом фиксируют значения приборов. Сила тока изменяется в зависимости от того, какой проводник включен в цепь. Напряжение же на концах разных проводников все время остается постоянным.
Этот опыт доказывает связь силы тока и свойства проводника, называемого электрическим сопротивлением.
Понятие об электрическом сопротивлении и проводимости
Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.
Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротивления металлических проводников. Свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии.
Движущиеся электроны (от положительного полюса источника к отрицательному) ударяются о колеблющиеся ионы кристаллической решетки в проводнике и замедляют их движение
Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электрическому току.
Точно тем же объясняется сопротивление жидких проводников и газов прохождению электрического тока. Однако не следует забывать, что в этих веществах не электроны, а заряженные частицы молекул встречают сопротивление при своем движении.
За единицу электрического сопротивления принят ом в честь Георга Симона Ома (1784–1854), немецкого физика, изучавшего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.
Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм 2 при температуре 0° С.
Если, например, электрическое сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом или r = 4 ом.
Для измерения сопротивлений большой величины принята единица, называемая мегомом.
Один мегом равен одному миллиону ом.
Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.
Следовательно, для характеристики проводника (с точки зрения прохождения через него электрического тока) можно рассматривать не только его сопротивление, но и величину, обратную сопротивлению.
Обратной величиной электрического сопротивления является физическая величина, называемая электропроводностью.
Медные токоведущие шины в распределительном устройстве
Электрической проводимостью (электропроводностью) называется способность материала пропускать через себя электрический ток.
Слово сопротивление также относится к пассивному электрическому компоненту, правильное название которого — резистор, характеризующийся одним свойством — электрическим сопротивлением.
Резисторы для электронных схем
Влияние материала проводника, его размеров и окружающей температуры на величину электрического сопротивления.
Величина электрического сопротивления определяется материалом, формой и температурой проводника. Величина сопротивления зависит от длины проводника (прямопропорционально), от содержания в поперечном сечении проводника (обратно пропорционально), от материала проводника (удельное электрическое сопротивление) и от температуры.
Так как сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены, то для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие так называемого удельного сопротивления.
Вещества, обладающие высоким удельным сопротивлением, являются изоляторами. Наиболее совершенным изолятором является янтарь, а также в качестве изоляторов применяют ПВХ, слюду, стекло, фарфор и т. д.
Электрический провод с медной жилой
Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.
Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой, т. е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т. е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.
Электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь поперечного сечения проводника :
Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле:
S = ( Пи х d 2 )/ 4
А так определяется длина проводника:
Эта формула дает возможность определить длину проводника, его сечение и удельное сопротивление, если известны остальные величины, входящие в формулу.
Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формулу приводят к следующему виду:
Преобразуя ту же формулу и решив равенство относительно р, найдем удельное сопротивление проводника:
Последней формулой приходится пользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же трудно определим по внешнему виду. Для этого надо определить удельное сопротивление проводника и, пользуясь таблицей, найти материал, обладающий таким удельным сопротивлением.
Это нужно запомнить:
1. Если к одному и тому же источнику электрического напряжения последовательно подключить проводники из разных материалов, но одинаковой длины и одинакового сечения, то мы будем измерять амперметром, что по каждому проводнику протекает электрический ток разной величины. Каждый материал оказывает различное сопротивление прохождению тока.
2. Если мы используем для измерения проводники из одного и того же материала, которые будут иметь одинаковый диаметр, но всегда разную длину, то амперметр будет определять разный проходящий ток для каждой длины проводника. Наибольший ток будет течь по самому короткому проводу.
3. Если мы используем для измерения проводники из одного материала одинаковой длины, но разного сечения, то мы будем измерять разные значения тока для каждого проводника с разным сечением. Наибольший ток будет течь по проводу с наибольшим сечением.
Медные клеммные колодки для соединения жил проводов и кабелей в электрощитах
Сопротивление проводников и полупроводников зависит от температуры. Сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры (положительный температурный коэффициент электрического сопротивления), а сопротивление полупроводников, углерода и некоторых специальных сплавов металлов с повышением температуры уменьшается (отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления). Электрическое сопротивление всегда имеет положительное значение. Хорошие проводники имеют малое сопротивление, плохие — высокое.
Различные проводники имеют разное сопротивление. Соединительные провода в электрической цепи имеют низкое сопротивление, чтобы как можно меньше уменьшить ток, проходящий через цепь. С другой стороны, резистивные проводники, используемые в нагревательных кабелях и электрических нагревательных приборах и резистивные нити накаливания лампочек имеют относительно высокое сопротивление, которые значительно нагреваются из-за своего высокого сопротивления при достаточном напряжении.
Нагревательный элемент для электрической плиты
Электронная теория строения вещества дает следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры.
При нагревании проводник получает тепловую энергию, которая неизбежно передается всем атомам вещества, в результате чего возрастает интенсивность их движения. Возросшее движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов, отчего и возрастает сопротивление проводника.
Новый сверхпроводящий материал, который был открыт в 2021 году, зажатый между алмазами, может проводить электричество без электрического сопротивления при комнатной температуре
При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, колебательное движение молекул настолько мало, что свободные электроны движутся в них без всякого сопротивления. Ток, введенный в такой сильно охлаждаемый проводник, протекает непрерывно и без малейших потерь.
Что еще почитать:
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Как уже говорилось, обозначается электрическое сопротивление буквой R. Единицей измерения сопротивления является Ом:
Электрическое сопротивление проводника — это противодействие, которое атомы или молекулы проводника оказывают направленному перемещению зарядов.
Сопротивление R зависит от длины проводника
Где — удельное сопротивление проводника, зависящее от свойства материала проводника.
Удельное сопротивление — это сопротивление проводника из данного материала длиной 1 м площадью поперечного сечения 1 при температуре 20 °С. Величина удельного сопротивления некоторых проводников приведена в Приложении 4.
Единицей измерения удельного сопротивления является
Поэтому
Удельное сопротивление проводника определяет область его применения. Так, например, для соединения источника с потребителем применяются металлические провода с малым удельным сопротивлением — алюминий, медь. Для обмоток реостатов нагревательных приборов применяются сплавы с большим удельным сопротивлением — нихром, фехраль (при этом уменьшается длина проводника ).
Величину, обратную сопротивлению, называют проводимостью
Единицей проводимости является сименс
Элементы электрической цепи, характеризующиеся сопротивлением R, называют резистивными, а промышленные изделия, предназначенные для выполнения роли сопротивления электрическому току, называются резисторами. Резисторы бывают регулируемые и нерегулируемые, проволочные и непроволочные, пленочные, композиционные и др.
Сопротивление проводников зависит от их температуры.
Сопротивление проводника при любой температуре (с достаточной степенью точности при изменении температуры в пределах 0 + 100 °С) можно определить выражением
где R2 — сопротивление проводника при конечной температуре ; R| — сопротивление проводника при начальной температуре ; а — температурный коэффициент сопротивления.
Температурный коэффициент сопротивления определяет относительное изменение сопротивления проводника при изменении его температуры на . Единицей измерения температурного коэффициента сопротивления является
Для различных проводников температурный коэффициент сопротивления имеет различные значения (Приложение 4).
Для металлических проводников (Приложение 4) температурный коэффициент сопротивления а положителен, т. е. с ростом температуры сопротивление металлических проводников увеличивается (2.9). Объясняется это тем, что при нагревании увеличивается подвижность атомов и молекул металла, а следовательно, и число столкновений с ними электрических зарядов увеличивается. Таким образом, возрастает противодействие направленному перемещению этих зарядов, т. е. увеличивается сопротивление металлического проводника.
Для большинства электролитов , а для угля .
Температурный коэффициент сопротивления а проводников определяет их применение. Например, такие сплавы, как константан и манганин, имеют малый температурный коэффициент сопротивления (Приложение 4), т.е. их сопротивление почти не зависит от температуры, поэтому их применяют в качестве мате-риала для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений, 1 служащих для расширения пределов измерения амперметров и вольтметров, на точность которых не должна влиять температура. При понижении температуры некоторых металлов и сплавов до очень низких значений, порядка нескольких градусов Кельвина , возникает явление сверхпроводимости. Сверхпроводником называют проводник, сопротивление которого практически равно нулю.
В сверхпроводнике совершенно не выделяется тепло при прохождении тока, так как электроны при направленном движении не встречают препятствий. В нем невозможно существование магнитного поля.
Следует ожидать широкого применения сверхпроводников в электротехнике в будущем.
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Закон Ома: как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление
Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».
Напряжение, ток и сопротивление
Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.
Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.
Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.
Единицы измерения: вольт, ампер и ом
Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:
Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления
Величина
Символ
Единица измерения
Сокращение единицы измерения
Ток
I
Ампер
А
Напряжение
V
Вольт
В
Сопротивление
R
Ом
Ом
«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.
Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.
Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.
Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.
Кулон и электрический заряд
Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.
Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.
Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.
Формула закона Ома
Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:
В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:
Анализ простых схем с помощью закона Ома
Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:
Рисунок 1 – Пример простой схемы
В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.
В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):
Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы
Какая величина тока (I) в этой цепи?
Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):
Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи
Какое сопротивление (R) оказывает лампа?
В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):
Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы
Какое напряжение обеспечивает батарея?
\[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]
Метода треугольника закона Ома
Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:
Рисунок 5 – Треугольник закона Ома
Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:
Рисунок 6 – Закон Ома для определения R
Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:
Рисунок 7 – Закон Ома для определения I
Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:
Рисунок 8 – Закон Ома для определения E
В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В предыдущей статье мы разобрались, какие бывают соединительные провода и линии электрической связи и как они обозначаются на электрических схемах. В этой статье речь пойдет о резисторе или как по старинке его еще называют сопротивление.
Резисторы являются наиболее распространенными элементами радиоэлектронной аппаратуры и используются практически в каждом электронном устройстве. Резисторы обладают электрическим сопротивлением и служат для ограничения прохождения тока в электрической цепи. Их применяют в схемах делителей напряжения, в качестве добавочных сопротивлений и шунтов в измерительных приборах, в качестве регуляторов напряжения и тока, регуляторов громкости, тембра звука и т.д. В сложных приборах количество резисторов может достигать до нескольких тысяч штук.
1. Основные параметры резисторов.
Основными параметрами резистора являются: номинальное сопротивление, допускаемое отклонение фактической величины сопротивления от номинального (допуск), номинальная мощность рассеивания, электрическая прочность, зависимость сопротивления: от частоты, нагрузки, температуры, влажности; уровня создаваемых шумов, размерами, массой и стоимостью. Однако на практике резисторы выбирают по сопротивлению, номинальной мощности и допуску. Рассмотрим эти три основных параметра более подробно.
1.1. Сопротивление.
Сопротивление — это величина, которая определяет способность резистора препятствовать протеканию тока в электрической цепи: чем больше сопротивление резистора, тем большее сопротивление он оказывает току, и наоборот, чем меньше сопротивление резистора, тем меньшее сопротивление он оказывает току. Используя эти качества резисторов их применяют для регулирования тока на определенном участке электрической цепи.
Сопротивление измеряется в омах (Ом), килоомах (кОм) и мегаомах (МОм):
1кОм = 1000 Ом; 1МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.
Промышленностью выпускаются резисторы различных номиналов в диапазоне сопротивлений от 0,01 Ом до 1ГОм. Числовые значения сопротивлений установлены стандартом, поэтому при изготовлении резисторов величину сопротивления выбирают из специальной таблицы предпочтительных чисел:
Нужное числовое значение сопротивления получают путем деления или умножения этих чисел на 10.
Номинальное значение сопротивления указывается на корпусе резистора в виде кода с использованием буквенно-цифровой, цифровой или цветовой маркировки.
При использовании буквенно-цифровой маркировки единицу измерения Ом обозначают буквами «Е» и «R», единицу килоом буквой «К», а единицу мегаом буквой «М».
а) Резисторы с сопротивлениями от 1 до 99 Ом маркируют буквами «Е» и «R». В отдельных случаях на корпусе может указываться только полная величина сопротивления без буквы. На зарубежных резисторах после числового значения ставят значок ома «Ω»:
б) Резисторы с сопротивлениями от 100 до 999 Ом выражают в долях килоома и обозначают буквой «К». Причем букву, обозначающую единицу измерения, ставят на месте нуля или запятой. В некоторых случаях может указываться полная величина сопротивления с буквой «R» на конце, или только одно числовое значение величины без буквы:
К12 = 0,12 кОм = 120 Ом К33 = 0,33 кОм = 330 Ом К68 = 0,68 кОм = 680 Ом 360R — 360 Ом
в) Сопротивления от 1 до 99 кОм выражают в килоомах и обозначают буквой «К»:
г) Сопротивления от 100 до 999 кОм выражают в долях мегаома и обозначают буквой «М». Букву ставят на месте нуля или запятой:
М18 = 0,18 МОм = 180 кОм М47 = 0,47 МОм = 470 кОм М91 = 0,91 МОм = 910 кОм
д) Сопротивления от 1 до 99 МОм выражают в мегаомах и обозначают буквой «М»:
е) Если номинальное сопротивление выражено целым числом с дробью, то буквы Е, R, К и М, обозначающие единицу измерения, ставят на месте запятой, разделяя целую и дробную части:
Цветовая маркировка обозначается четырьмя или пятью цветными кольцами и начинается слева направо. Каждому цвету соответствует свое числовое значение. Кольца сдвинуты к одному из выводов резистора и первым считается кольцо, расположенное у самого края. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из выводов, то ширина первого кольца делается примерно в два раза больше других.
Отчет сопротивления резистора ведут слева направо. Резисторы с величиной допуска ±20% (о допуске будет сказано ниже) маркируются четырьмя кольцами: первые два обозначают численную величину сопротивления в Омах, третье кольцо является множителем, а четвертое — обозначает допуск или класс точности резистора. Четвертое кольцо наносится с видимым разрывом от остальных и располагается у противоположного вывода резистора.
Резисторы с величиной допуска 0,1…10% маркируются пятью цветовыми кольцами: первые три – численная величина сопротивления в Омах, четвертое – множитель, и пятое кольцо – допуск. Для определения величины сопротивления пользуются специальной таблицей.
Например. Резистор маркирован четырьмя кольцами:
красное — (2) фиолетовое — (7) красное — (100) серебристое — (10%) Значит: 27 Ом х 100 = 2700 Ом = 2,7 кОм с допуском ±10%.
Резистор маркирован пятью кольцами:
красное — (2) фиолетовое (7) красное (2) красное (100) золотистое (5%) Значит: 272 Ома х 100 = 27200 Ом = 27,2 кОм с допуском ±5%
Иногда возникает трудность с определением первого кольца. Здесь надо запомнить одно правило: начало маркировки не будет начинаться с черного, золотистого и серебристого цвета.
И еще момент. Если нет желания возиться с таблицей, то в интернете есть программы онлайн калькуляторы, предназначенные для подсчета сопротивления по цветным кольцам. Программы можно скачать и установить на компьютер или смартфон. Также о цветовой и буквенно-цифровой маркировке можно почитать в этой статье.
Цифровая маркировка наносится на корпуса SMD компонентов и маркируется тремя или четырьмя цифрами.
При трехзначной маркировке первые две цифры обозначают численную величину сопротивления в Омах, третья цифра обозначает множитель. Множителем является число 10 возведенное в степень третьей цифры:
221 – 22 х 10 в степени 1 = 22 Ом х 10 = 220 Ом; 472 – 47 х 10 в степени 2 = 47 Ом х 100 = 4700 Ом = 4,7 кОм; 564 – 56 х 10 в степени 4 = 56 Ом х 10000 = 560000 Ом = 560 кОм; 125 – 12 х 10 в степени 5 = 12 Ом х 100000 = 12000000 Ом = 12 МОм.
Если последняя цифра ноль, то множитель будет равен единице, так как десять в нулевой степени равно единице:
100 – 10 х 10 в степени 0 = 10 Ом х 1 = 10 Ом; 150 – 15 х 10 в степени 0 = 15 Ом х 1 = 15 Ом; 330 – 33 х 10 в степени 0 = 33 Ом х 1 = 33 Ом.
При четырехзначной маркировке первые три цифры также обозначают численную величину сопротивления в Омах, а четвертая цифра обозначает множитель. Множителем является число 10 возведенное в степень четвертой цифры:
1501 – 150 х 10 в степени 1 = 150 Ом х 10 = 1500 Ом = 1,5 кОм; 1602 – 160 х 10 в степени 2 = 160 Ом х 100 = 16000 Ом = 16 кОм; 3243 – 324 х 10 в степени 3 = 324 Ом х 1000 = 324000 Ом = 324 кОм.
1.2. Допуск (класс точности) резистора.
Вторым важным параметром резистора является допускаемое отклонение фактического сопротивления от номинального значения и определяется допуском (классом точности).
Допускаемое отклонение выражается в процентах и указывается на корпусе резистора в виде буквенного кода, состоящего из одной буквы. Каждой букве присвоено определенное числовое значение допуска, пределы которого определены ГОСТ 9964-71 и приведены в таблице ниже:
Наиболее распространенные резисторы выпускаются с допуском 5%, 10% и 20%. Прецизионные резисторы, применяемые в измерительной аппаратуре, имеют допуски 0,1%, 0,2%, 0,5%, 1%, 2%. Например, у резистора с номинальным сопротивлением 10 кОм и допуском 10% фактическое сопротивление может быть в пределах от 9 до 11 кОм ±10%.
На корпусе резистора допуск указывается после номинального сопротивления и может состоять из буквенного кода или цифрового значения в процентах.
У резисторов с цветовой маркировкой допуск указывается последним цветным кольцом: серебристый цвет – 10%, золотистый – 5%, красный – 2%, коричневый – 1%, зеленый – 0,5%, голубой – 0,25%, фиолетовый – 0,1%. При отсутствии кольца допуска резистор имеет допуск 20%.
1.3. Номинальная мощность рассеивания.
Третьим важным параметром резистора является его мощность рассеивания
При прохождении тока через резистор на нем выделяется электрическая энергия (мощность) в виде тепла, которое сначала повышает температуру тела резистора, а затем за счет теплопередачи переходит в воздух. Поэтому мощностью рассеивания называют ту наибольшую мощность тока, которую резистор способен длительное время выдерживать и рассеивать в виде тепла без ущерба потери своих номинальных параметров.
Поскольку слишком высокая температура тела резистора может привести его к выходу из строя, то при составлении схем задается величина, которая указывает на способность резистора рассеивать ту или иную мощность без перегрева.
За единицу измерения мощности принят ватт (Вт).
Например. Допустим, что через резистор сопротивлением 100 Ом течет ток 0,1 А, значит, резистор рассеивает мощность в 1 Вт. Если же резистор будет меньшей мощности, то он быстро перегреется и выйдет из строя.
В зависимости от геометрических размеров резисторы могут рассеивать определенную мощность, поэтому резисторы разной мощности отличаются размерами: чем больше размер резистора, тем больше его номинальная мощность, тем большую силу тока и напряжение он способен выдержать.
Резисторы выпускаются с мощностью рассеивания 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 3 Вт, 5 Вт, 10 Вт, 25 Вт и более.
На резисторах, начиная с 1 Вт и выше, величина мощности указывается на корпусе в виде цифрового значения, тогда как малогабаритные резисторы приходится определять на «глаз».
С приобретением опыта определение мощности малогабаритных резисторов не вызывает никаких затруднений. На первое время в качестве ориентира для сравнения можно использовать обычную спичку. Более подробно прочитать про мощность и дополнительно посмотреть видеоролик можно в этой статье.
Однако с размерами есть небольшой нюанс, который надо учитывать при выполнении монтажа: габариты отечественных и зарубежных резисторов одинаковой мощности немного отличаются друг от друга — отечественные резисторы чуть больше своих зарубежных собратьев.
Резисторы можно разделить на две группы: резисторы постоянного сопротивления (постоянные резисторы) и резисторы переменного сопротивления (переменные резисторы).
2. Резисторы постоянного сопротивления (постоянные резисторы).
Постоянным считается резистор, сопротивление которого в процессе работы остается неизменным. Конструктивно такой резистор представляет собой керамическую трубку, на поверхность которой нанесен токопроводящий слой, обладающий определенным омическим сопротивлением. По краям трубки напрессованы металлические колпачки, к которым приварены выводы резистора, сделанные из облуженной медной проволоки. Сверху корпус резистора покрыт влагостойкой цветной эмалью.
Керамическую трубку называют резистивным элементом и в зависимости от типа токопроводящего слоя, нанесенного на поверхность, резисторы разделяются на непроволочные и проволочные.
2.1. Непроволочные резисторы.
Непроволочные резисторы используются для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока, в которых протекают сравнительно небольшие токи нагрузки. Резистивный элемент резистора выполнен в виде тонкой полупроводящей пленки, нанесенной на керамическое основание.
Полупроводящая пленка называется резистивным слоем и изготавливается из пленки однородного вещества толщиной 0,1 – 10 мкм (микрометр) или из микрокомпозиций. Микрокомпозиции могут быть выполнены из углерода, металлов и их сплавов, из окислов и соединений металлов, а также в виде более толстой пленки (50 мкм), состоящей из размельченной смеси проводящего вещества.
В зависимости от состава резистивного слоя резисторы разделяются на углеродистые, металлопленочные (металлизированные), металлодиэлектрические, металлоокисные и полупроводниковые. Наиболее широкое применение получили металлопленочные и углеродистые композиционные постоянные резисторы. Из резисторов отечественного производства можно выделить МЛТ, ОМЛТ (металлизированный, лакированный эмалью, теплостойкий), ВС (углеродистые) и КИМ, ТВО (композиционные).
Непроволочные резисторы отличаются малыми размерами и массой, низкой стоимостью, возможностью применения на высоких частотах до 10 ГГц. Однако они недостаточно стабильны, так как их сопротивление зависит от температуры, влажности, приложенной нагрузки, продолжительности работы и т.п. Но все же положительные свойства непроволочных резисторов настолько значительны, что именно они получили наибольшее применение.
2.2. Проволочные резисторы.
Проволочные резисторы применяются в электрических цепях постоянного тока. При изготовлении резистора на его корпус в один или два слоя наматывается тонкая проволока, сделанная из никелина, нихрома, константана или других сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением. Высокое удельное сопротивление провода позволяет выполнить резистор с минимальным расходом материалов и небольших размеров. Диаметр применяемых проводов определяется плотностью тока, проходящего через резистор, технологическими параметрами, надежностью и стоимостью, и начинается с 0,03 – 0,05 мм.
Для защиты от механических или климатических воздействий и для закрепления витков резистор покрывается лаками и эмалями или герметизируется. Вид изоляции влияет на теплостойкость, электрическую прочность и наружный диаметр провода: чем больше диаметр провода, тем толще слой изоляции и тем выше электрическая прочность.
Наибольшее применение нашли провода в эмалевой изоляции ПЭ (эмаль), ПЭВ (высокопрочная эмаль), ПЭТВ (теплостойкая эмаль), ПЭТК (теплостойкая эмаль), достоинством которой является небольшая толщина при достаточно высокой электрической прочности. Распространенными резисторами большой мощности являются проволочные эмалированные резисторы типа ПЭВ, ПЭВТ, С5-35 и др.
По сравнению с непроволочными резисторами проволочные отличаются более высокой стабильностью. Они могут работать при более высоких температурах, выдерживают значительные перегрузки. Однако они сложнее в производстве, дороже и малопригодны для использования на частотах выше 1- 2 МГц, так как обладают высокой собственной емкостью и индуктивностью, которые проявляются уже на частотах в несколько килогерц.
Поэтому в основном их применяют в цепях постоянного тока или тока низких частот, там, где требуются высокие точности и стабильность работы, а также способность выдерживать значительные токи перегрузки вызывающие значительный перегрев резистора.
С появлением микроконтроллеров современная техника стала более функциональнее и одновременно с этим намного миниатюрнее. Использование микроконтроллеров позволило упростить электронные схемы и тем самым уменьшить потребление тока устройствами, что сделало возможным миниатюризировать элементную базу. На рисунке ниже показаны SMD резисторы, которые припаиваются на плату со стороны печатного монтажа.
3. Обозначение резисторов на принципиальных схемах.
На принципиальных схемах постоянные резисторы, независимо от их типа, изображают в виде прямоугольника, а выводы резистора изображают в виде линий, проведенных от боковых сторон прямоугольника. Такое обозначение принято повсеместно, однако в некоторых зарубежных схемах используется обозначение резистора в форме зубчатой линии (пилы).
Рядом с условным обозначением ставят латинскую букву «R» и порядковый номер резистора в схеме, а также указывают его номинальное сопротивление в единицах измерения Ом, кОм, МОм.
Значение сопротивления от 0 до 999 Ом обозначают в омах, но единицу измерения не ставят:
На некоторых зарубежных схемах для обозначения Ом ставят букву R:
Значение сопротивления от 1 до 999 кОм обозначают в килоомах с добавлением буквы «к»:
1,2к — 1,2 кОм 10к — 10 кОм 560к — 560 кОм
Значение сопротивления от 1000 кОм и больше обозначают в единицах мегаом с добавлением буквы «М»:
Резистор применяют согласно мощности, на которую он рассчитан, и которую может выдержать без риска быть испорченным при прохождении через него электрического тока. Поэтому на схемах внутри прямоугольника прописывают условные обозначения, указывающие мощность резистора: двойной косой чертой обозначают мощность 0,125 Вт; прямой чертой, расположенной вдоль значка резистора, обозначают мощность 0,5 Вт; римскими цифрами обозначается мощность от 1 Вт и выше.
4. Последовательное и параллельное соединение резисторов.
Очень часто возникает ситуация когда при конструировании какого-либо устройства под рукой не оказывается резистора с нужным сопротивлением, но зато есть резисторы с другими сопротивлениями. Здесь все очень просто. Зная расчет последовательного и параллельного соединения можно собрать резистор с любым номиналом.
При последовательном соединении резисторов их общее сопротивление Rобщ равно сумме всех сопротивлений резисторов, соединенных в эту цепь:
Rобщ = R1 + R2 + R3 + … + Rn
Например. Если R1 = 12 кОм, а R2 = 24 кОм, то их общее сопротивление Rобщ = 12 + 24 = 36 кОм.
При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление уменьшается и всегда меньше сопротивления каждого отдельно взятого резистора:
Допустим, что R1 = 11 кОм, а R2 = 24 кОм, тогда их общее сопротивление будет равно:
И еще момент: при параллельном соединении двух резисторов с одинаковым сопротивлением, их общее сопротивление будет равно половине сопротивления каждого из них.
Из приведенных примеров понятно, что если хотят получить резистор с бо́льшим сопротивлением, то применяют последовательное соединение, а если с меньшим, то параллельное. А если остались вопросы, почитайте статью последовательное и параллельное соединение резисторов, в которой способы соединения рассказаны более подробно.
Ну и в дополнении к прочитанному посмотрите видеоролик о резисторах постоянного сопротивления.
Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать о резисторе в целом и отдельно о резисторах постоянного сопротивления. Во второй части статьи мы познакомимся с резисторами переменного сопротивления. Удачи!
Литература: В. И. Галкин — «Начинающему радиолюбителю», 1989 г. В. А. Волгов — «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры», 1977 г. В. Г. борисов — «Юный радиолюбитель», 1992 г.
Электрическое сопротивление — электротехническая величина, которая характеризует свойство материала препятствовать протеканию электрического тока. В зависимости от вида материала, сопротивление может стремиться к нулю — быть минимальным (мили/микро омы — проводники, металлы), или быть очень большим (гига омы — изоляция, диэлектрики). Величина обратная электрическому сопротивлению — это проводимость.
Единица измерения электрического сопротивления — Ом. Обозначается буквой R. Зависимость сопротивления от тока и напряжения в замкнутой цепи определяется законом Ома.
Омметр — прибор для прямого измерения сопротивления цепи. В зависимости от диапазона измеряемой величины, подразделяются на гигаомметры (для больших сопротивление — при измерении изоляции), и на микро/милиомметры (для маленьких сопротивлений — при измерении переходных сопротивлений контактов, обмоток двигателей и др.).
Существует большое разнообразие омметров по конструктиву разных производителей, от электромеханических до микроэлектронных. Стоит отметить, что классический омметр измеряет активную часть сопротивления (так называемые омики).
Любое сопротивление (металл или полупроводник) в цепи переменного токаимеет активную и реактивную составляющую. Сумма активного и реактивного сопротивления составляют полное сопротивление цепи переменного тока и вычисляется по формуле:
где, Z — полное сопротивление цепи переменного тока;
R — активное сопротивление цепи переменного тока;
Xc — емкостное реактивное сопротивление цепи переменного тока;
( С- емкость, w — угловая скорость переменного тока)
Xl — индуктивное реактивное сопротивление цепи переменного тока;
( L- индуктивность, w — угловая скорость переменного тока).
Активное сопротивление— это часть полного сопротивления электрической цепи, энергия которого полностью преобразуется в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую). Отличительным свойством активной составляющей — полное потребление всей электроэнергии (в сеть обратно в сеть энергия не возвращается), а реактивное сопротивление возвращает часть энергии обратно в сеть (отрицательное свойство реактивной составляющей).
Физический смысл активного сопротивления
Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.
Таким образом, происходит падение напряжения (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.
Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.
Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.
Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, «дырки» в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.
Физический смысл реактивного сопротивления
В катушках и конденсаторах при подаче напряжения происходит накопление энергии в виде магнитных и электрических полей, что требует некоторого времени.
Магнитные поля в сетях переменного тока изменяются вслед за меняющимся направлением движения зарядов, при этом оказывая дополнительное сопротивление.
Кроме того, возникает устойчивый сдвиг фаз напряжения и силы тока, а это приводит к дополнительным потерям электроэнергии.
Удельное сопротивление
Как узнать сопротивление материала, если по нему не течет ток и у нас нет омметра? Для это существует специальная величина —удельное электрическое сопротивление материало в
(это табличные значения, которые определены опытным путем для большинства металлов). С помощью этого значения и физических величин материала, мы можем вычислить сопротивление по формуле:
где,p— удельное сопротивление (единицы измерения ом*м/мм 2 );
Еще со времен общеобразовательной школы, а именно такого предмета, как физика, в нашей памяти присутствует информация про удельное сопротивление проводника. Некоторые уже и не вспомнят точного определения, однако на всю жизнь запомнили, что собой представляет данный термин. Рассмотрим более подробно, как звучит определение данного термина – это физическая составляющая, которая характеризует свойства проводящего составляющего, оказывать препятствие при прохождении электроэнергии. Равняется данное значение присутствующему напряжению на концах провода и силе тока, который протекает по данному элементу. В этом конкретном случае мы рассмотрели, от чего зависит сопротивление используемого проводника. Кроме того, на уроках физики предоставлялись специальные формулы, которые позволяли вычислять необходимые значения данной величины, зная лишь отдельные переменные. Если в повседневной жизни большинству это может и не потребоваться, то в ряде исключительных случаев, при проведении самостоятельно ремонтных работ, предоставленная ранее информация может потребоваться. Тем, кто сталкивается с электроэнергией на постоянной основе, требуется знать все сведения о данном значении.
Важно. Ранее мы рассмотрели, что такое сопротивление, однако, чтобы более точно понимать этот термин, следует также рассмотреть дополнительную информацию, а кроме того, порядок вычисления и используемые материалы.
От чего зависит
Электрическое сопротивление используемых проводников – это не постоянная величина, она зависит от ряда отдельных моментов. Рассмотрим более подробно зависимость данного значения:
Важно. В качестве проводящих материалов на практике практически всегда используются металлы, так как эти элементы обладают наименьшим размером, что позволяет свободно перемещать по ним электроэнергию.
Сопротивление проводника/цепи.
Термин “сопротивление” уже говорит сам за себя
Итак, сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.
Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:
Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:
Удельное сопротивление – это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:
R = rhomedspace frac
Для нашего случая rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) – удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:
R =0,0175 cdot frac<0.5> <0.2>= 0.04375medspace Ом
Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом
С сопротивлением проводника все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.
Закон Ома.
И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники – закон Ома:
Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.
Рассмотрим простейшую электрическую цепь:Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:
Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:
I = frac<10> <200>= 0.05 = 50medspaceмА
Как образуется сопротивление проводников
Современные воззрения говорят: свободные электроны перемещаются по проводнику со скоростью порядка 100 км/с. Под действием возникающего внутри поля дрейф упорядочивается. Скорость перемещения носителей вдоль линий напряженности мала, составляет единицы сантиметров в минуту. В ходе движения электроны сталкиваются с атомами кристаллической решетки, некая доля энергии переходит в тепло. И меру этого преобразования принято называть сопротивлением проводника. Чем выше, тем больше электрической энергии переходит в тепло. На этом основан принцип действия обогревателей.
Параллельно контексту идет численное выражение проводимости материала, которое можно увидеть на рисунке. Для получения сопротивления полагается единицу разделить на указанное число. Ход дальнейших преобразований рассмотрен выше. Видно, что сопротивление зависит от параметров – температурное движение электронов и длина их свободного пробега, что прямо приводит к строению кристаллической решётки вещества. Объяснение – сопротивление проводников отличается. У меди меньше алюминия.
Электрическое сопротивление тока.
Электрическое сопротивление – физическая величина, которая характеризует способность проводника влиять на электрический ток, протекающий в проводнике.
Результатом проведения экспериментов с проводниками было определено, что взаимосвязь между силой тока и напряжением в электрической цепи зависит так же от размеров используемого проводника, а не только от вещества. Детальнее влияние размеров проводника будет рассмотрено на отдельном уроке.
За счет чего же появляется сопротивление тока? Во время движения свободных электронов происходит постоянное взаимодействие между ионами, входящими в строение кристаллической решетки, и электронами. В результате данного взаимодействия и происходит замедление движения электронов (фактически, из-за столкновения электронов с атомами – узлами кристаллической решетки), благодаря чему и создается сопротивление тока.
С электрическим сопротивлением также связана другая физическая величина – проводимость тока, обратная величина относительно сопротивления.
В чем измеряется
Согласно международной системе единиц, измеряется величина в омах, умноженных на метр. В некоторых случаях применяется единица ом, умноженная на миллиметр в квадрате, поделенная на метр. Это обозначение для проводника, имеющего метровую длину и миллиметровую площадь сечения в квадрате.
Формула как найти
Согласно положению из любого учебного пособия по электродинамики, удельное сопротивление материала проводника формула равна пропорции общего сопротивления проводника на площадь поперечного сечения, поделенного на проводниковую длину. Важно понимать, что на конечный показатель будет влиять температура и степень материальной чистоты. К примеру, если в медь добавить немного марганца, то общий показатель будет увеличен в несколько раз.
Интересно, что существует формула для неоднородного изотропного материала. Для этого нужно знать напряженность электрополя с плотностью электротока. Для нахождения нужно поделить первую величину на другую. В данном случае получится не константа, а скалярная величина.
Закон ома в дифференциальной форме
Есть другая, более сложная для понимания формула для неоднородного анизотропного материала. Зависит от тензорного координата.
Вам это будет интересно Как измерять напряжение
Важно отметить, что связь сопротивления с проводимостью также выражается формулами. Существуют правила для нахождения изотропных и анизотропных материалов через тензорные компоненты. Они показаны ниже в схеме.
Связь с проводимостью, выраженная в физических соотношениях.
Формулы сопротивления тока.
Рассмотрим зависимость между изученными на последних уроках величинами. Как было сказано, с увеличением напряжения увеличивается в цепи и сила тока, эти величины пропорциональны: I
Увеличение сопротивления проводника приводит к уменьшению силы тока в цепи, таким образом, данные величины обратно пропорциональны между собой: I
В результате исследований была выявлена следующая закономерность: R=U/I
Расписываем получение единицы сопротивления тока: 1Ом=1В/1А
Таким образом 1 Ом являет собой такое сопротивление тока, при котором сила тока в проводнике равняется 1 А, а напряжение на концах проводника 1 В.
Фактически, сопротивление тока в 1 Ом слишком маленькое и на практике используются проводники, которые характеризуются более высоким сопротивлением (1 КОм, 1 МОм и т.д.).
Сопротивление тока, сила тока и напряжение являются взаимосвязанными величинами, которые оказывают влияние друг на друга. Детальнее это будет рассмотрено уже на следующем уроке.
От чего зависит
Сопротивляемость зависит от температуры. Она увеличивается, когда повышается столбик термометра. Это поясняется физиками так, что при росте температуры атомные колебания в кристаллической проводниковой решетке повышаются. Это препятствует тому, чтобы свободные электроны двигались.
Обратите внимание! Что касается полупроводников и диэлектриков, то там величина понижается из-за того, что увеличивается структура концентрации зарядных носителей.
Зависимость от температуры как основное свойство проводниковой сопротивляемости
Удельное сопротивление разных материалов
Важно отметить, что сопротивление у металлических монокристаллов с металлами и сплавами разные. Значения различаются из-за химической металлической чистоты, способов создания составов и их непостоянства. Также стоит иметь в виду, что значения меняются при изменении температуры. Иногда сопротивляемость падает до нуля. В таком случае явление называется сверхпроводимостью.
Интересно, что под термической обработкой, например, отжигом меди, значение вырастает в 3 раза, несмотря на то, что доля примесей в проном, антикоррозийном и легком составе, как правило, равна не больше 0,1%.
Обратите внимание! Что касается отжига алюминия, свинца или железа, значение в таких же условиях вырастает в 2 раза, несмотря на наличие примесей в количестве 0,5% и необходимости большей энергии на плавление.
Таблица значений составов при температуре 20 градусов Цельсия
В целом, удельное электросопротивление представляет собой физическую величину, которая характеризует способность вещества препятствовать тому, чтобы проходил электроток. По СИ измеряется в омах, перемноженных на метры. Зависит от увеличения температуры вещества. Отыскать значение можно по формуле соотношения общего сопротивления и площади поперечного сечения, поделенного на длину проводника. Что касается удельного сопротивления сплавов, согласно изучениям разных ученых состав их непостоянный, может быть изменен под термообработкой.
Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току.
Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности R между напряжением U и силой постоянного тока I в законе Ома для участка цепи.
Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом (1 Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В сила тока равна 1А.
Удельное сопротивление.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и поперечного сечения S и может быть определено по формуле:
,
Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.
Из формулы следует, что
,
Величина, обратная ρ, называется удельной проводимостьюσ:
.
Зависимость сопротивлений от температуры.
С повышением температуры сопротивление металлов возрастает. Однако существуют сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры (например, константан, манганин и др.). Сопротивление же электролитов с повышением температуры уменьшается.
Температурным коэффициентом сопротивления проводника называется отношение величины изменения сопротивления проводника при нагревании на 1 °С к величине его сопротивления при 0 ºС:
.
Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры выражается формулой:
.
Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в термометрах сопротивления.
Сопротивление электрической цепи – это величина, которая описывает способность проводника не пропускать электрический ток через себя. Сопротивление электрической цепи равняется напряжению на концах проводника, деленному на силу тока, которая течет по данному проводнику.
Сопротивление электрической цепи переменного тока и переменного электрического поля можно характеризовать с помощью таких понятий, как импеданс и волновое сопротивление. Сопротивление, или резистор – это не только физическое явление, но и радиоэлектронная деталь, которая позволяет создавать активное сопротивление в электрической цепи.
Как правило, сопротивление электрической цепи обозначается буквой R или r. Данную величину принимают за константу в определенных пределах для конкретного проводника. Формула для расчета сопротивления электрической цепи:
R — сопротивление электрической цепи, Ом;
U — разность электрических потенциалов, или напряжение, на концах проводника, В;
I — сила тока, текущего между концами проводника благодаря разности потенциалов, А.
Влияние размера (площади поперечного сечения и длины) проводника и материала, из которого он изготовлен, на сопротивление электрической цепи.
В металле роль подвижных переносчиков электрического заряда играют свободные электроны. Они ведут себя таким образом, что их можно считать эквивалентными молекулам в газе, хаотично двигающимся. Обычно в физике свободно движущиеся электроны принимают за электронный газ, это означает, что при первом приближении они подчиняются тем же законам, с помощью которых описывают молекулы в идеальном газе.
Вид металла, который был использован при изготовлении проводника, влияет на плотность электронного газа и строение его кристаллической решетки. Отсюда следует, что и сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен. Также оно зависит от длины проводника, площади его поперечного сечения и температуры.
От величины сечения проводника напрямую зависит сопротивление. Так происходит потому, что поток электронов одинаковой силы при прохождении через меньшее сечение приобретает большую плотность, при этом электроны начинают взаимодействовать с частицами вещества, из которого изготовлен проводник, более активно.
Существует также величина, σ, обратная удельному сопротивлению. Она называется удельной проводимостью.
Сопротивление тела человека.
Грань между безопасным и опасным для здоровья человека воздействием электрического тока зафиксирована на значении 1кОм при частоте напряжения тока 50 Гц. Но данную величину никак нельзя назвать сопротивлением человеческого тела. Сопротивление тела человека зависит от множества факторов и является нелинейным по отношению к приложенному напряжению, а также не омическим. Здесь важны изменения во времени, также нужно учитывать тот факт, что человек при волнении потеет и его сопротивление понижается. Существуют и другие причины, из-за которых однозначно определить сопротивление тела человека не так просто, как сопротивление электрической цепи.
Заметные повреждения человек получает при прохождении через его тело тока силой от 100 мА и выше. Ток силы 1 мА принят как абсолютно безопасный. Также удельное сопротивление тела человека подвержено влиянию со стороны состояния его кожи. Если она сухая, то ее сопротивление равно примерно 10000 Ом•м и чтобы достигнуть повреждений, необходимо подать ток с большим напряжением. Если же кожа сырая, то сопротивление сильно понижается и ток напряжением выше 12 В становится опасным. Удельное сопротивление крови равно 1 Ом•м при 50 Гц.
При прохождении тока в электрической цепи он подвергается противодействию ее отдельных частей, которое в электротехнике называется сопротивлением. Это приводит к потере части мощности. Чтобы правильно рассчитать параметры электрической цепи, нужно учитывать природу сопротивления и знать, в чем заключается действие различных его видов.
Что такое сопротивление
Ток, протекая через провода и различные радиодетали, тратит свою энергию. Это явление количественно выражается величиной сопротивления. В электротехнике его разделяют на активное и реактивное сопротивление. В первом случае при прохождении тока часть его энергии превращается в тепловой вид, а иногда и в другие (например, проявляется в химических реакциях). Величина активного сопротивления зависит от частоты переменного электротока и возрастает с ее увеличением.
Второй тип сопротивления имеет более сложную природу и возникает в момент включения или выключения потребителя электроэнергии в сеть переменного или постоянного тока. В цепи с реактивным сопротивлением энергия электрического тока частично превращается в другую форму, а затем переходит обратно, то есть, наблюдается периодический колебательный процесс. Полное сопротивление цепи включает в себя активный и реактивный типы, которые учитываются по особым правилам.
Виды сопротивления
В электротехнике рассматривается активное электрическое сопротивление, а также две разновидности реактивного: индуктивное и ёмкостное.
Активное сопротивление
Можно представить себе электрическую цепь, в которой к клеммам батарейки через провод последовательно присоединены резистор и электрическая лампочка. Если замкнуть провода, лампочка загорится. Можно использовать вольтметр или мультиметр в соответствующем режиме работы, с помощью которых измеряется разность потенциалов между двумя точками цепи.
Измерив напряжение между клеммами и сравнив его с тем, которое имеется на проводах подсоединённых к лампочке, можно увидеть, что последнее меньше. Это связано с падением напряжения на впаянной в цепь радиодетали. Последняя оказывает противодействие электрическому току, затрудняя его прохождение.
Активным сопротивлением обладает каждая деталь, через которую проходит ток. У металлических проводов оно очень маленькое. Чтобы узнать величину сопротивления радиодетали, нужно изучить обозначение на ее корпусе. Если из рассматриваемой электроцепи убрать резистор, то сила тока, проходящего через лампочку, увеличится.
Формула для расчета активного сопротивления соответствует закону Ома:
Для расчета активного сопротивления проводника формула будет другая:
где K-коэффициент поверхностного эффекта, который равен 1,
Сопротивление принято измерять в Омах. Оно существенно зависит от формы и размеров объекта, через который протекает ток: сечения, длины, материала, а также от температуры. Действие активного сопротивления уменьшает энергию электрического тока, превращая её в другие формы (преимущественно в тепловую).
Реактивное сопротивление
Этот вид возникает тогда, когда переменный ток проходит сквозь элемент, который обладает индуктивностью или емкостью. Основной особенностью реактивного сопротивления является преобразование электрической энергии в другую форму в прямом и обратном направлениях. Часто это происходит циклически. Реактивное сопротивление проявляется только при изменениях силы тока и напряжения. Существует два его вида: индуктивное и емкостное.
Индуктивное сопротивление
При увеличении силы тока порождается магнитное поле, обладающее различными характеристиками. Наиболее важной из них является индуктивность. Магнитное поле, в свою очередь, воздействует на проводник, по которому протекает ток. Влияние является противоположным направлению изменения тока. То есть, если сила тока увеличилась, то магнитное поле будет уменьшать его, и наоборот, если снизилась, то поле усилит его. Когда ток не меняется, реактивное сопротивление катушки индуктивности будет равно нулю.
Индуктивное сопротивление зависит от частоты тока. Чем она выше, тем выше скорость изменения данного параметра. Это значит, что будет образовано более сильное магнитное поле. Возникающая при этом ЭДС препятствует изменению электрического тока.
Расчет реактивного индуктивного сопротивления осуществляется по такой формуле:
XL = L×w = L×2π×f, где буквами обозначаются:
При синусоидальном изменении напряжения сила тока будет меняться, отставая от него по фазе. Поэтому реактивное сопротивление трансформатора существенно зависит от его индуктивности.
Емкостное сопротивление
Оно имеет иную природу, чем индуктивное. Это понятие удобно проиллюстрировать на примере электрической цепи, состоящей из источника питания, клеммы которого соединены с обкладками конденсатора. Сразу после подключения на них будет постепенно накапливаться заряд, создавая ток в цепи.
После достижения предельной величины, которая определяется ёмкостью детали, ток не будет проходить по цепи. Если после этого отключить провода от клемм, а затем последние соединить, то между ними начнётся перемещение зарядов до тех пор, пока разность потенциалов станет равной нулю.
Если к конденсатору подключить источник переменного тока, то будет происходить следующее. С увеличением разности потенциалов заряд на обкладках конденсатора будет расти. Когда напряжение перейдёт в фазу уменьшения, накопленный заряд начнёт стекать с них, образуя ток противоположного направления. Затем разность потенциалов станет отрицательной, но по абсолютной величине будет расти до максимального значения. При этом конденсатор начнет вновь заряжаться, но при этом знак поступающих зарядов будет не такой, который был раньше.
Когда напряжение начнёт увеличиваться (уменьшаясь по абсолютной величине), заряд с обкладок конденсатора будет стекать. Когда разность потенциалов у источника достигнет нуля и продолжит увеличиваться, начнётся новый цикл изменений.
На каждом этапе описанной ситуации ток с обкладок конденсатора будет иметь направление противоположное тому, которое порождается переменной разностью потенциалов источника питания.
Происходящее таким образом уменьшение силы тока представляет собой физический смысл ёмкостного сопротивления. Оно обозначается буквами ХС и рассчитывается по формуле:
XС = 1/(w×C) = 1/(2π×f×C), где
В рассматриваемом случае изменения тока отстают от напряжения.
Полное сопротивление
При использовании нескольких разновидностей важно знать, как они сочетаются между собой. Активное сопротивление присутствует в любых схемах. Оно способствует превращению части электрической энергии в нагрев. Реактивное сопротивление возникает лишь в цепи переменного тока. Чтобы определить его величину, необходимо из индуктивного вычесть ёмкостное. Эта характеристика показывает энергию, которая пульсирует в цепи, переходя из одной формы в другую.
Полное сопротивление представляет собой сумму активного и реактивного сопротивления в цепи переменного тока, но такое сложение необходимо выполнять особым образом. Для этого нужно начертить прямоугольный треугольник, катеты в котором должны иметь длину, равную величине активного и реактивного сопротивлений соответственно.
Длина гипотенузы будет численно выражать полное сопротивление электрической цепи. Для его определения используется правило, говорящее о том, что сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы. Это правило называют теоремой Пифагора. Следовательно, формула, с помощью которой можно найти полное сопротивление, выглядит так:
Следовательно, при расчёте полного сопротивления или импеданса нужно учитывать, что такое ёмкость и индуктивность и как они могут проявляться в электрических схемах. Эти величины называются еще паразитными, так как они могут отрицательно влиять на работу электроприбора. Их возникновение относят к непредсказуемым факторам. При этом емкостным или индуктивным сопротивлением, имеющим небольшое значение, при выполнении расчетов можно пренебречь.
Заключение
Как видим, при расчете электрической цепи необходимо учитывать и активное, и реактивное, и полное сопротивление. Они отличаются друг от друга не только названием. Физика этих сопротивлений также разная. Если под воздействием активного сопротивления электроэнергия превращается в другой вид и поступает в окружающую среду, то реактивное возвращает ее обратно в сеть. Без понятия о сопротивлении и знания формул расчета невозможно конструировать электросхемы.
Рис. 2. Определение электрического сопротивления
Классическая электродинамика
— удельное сопротивление проводника, зависящее от свойства материала проводника.
— это сопротивление проводника из данного материала длиной 1 м площадью поперечного сечения 1 
при температуре 20 °С. Величина удельного сопротивления некоторых проводников приведена в Приложении 4.
).
; R| — сопротивление проводника при начальной температуре 
; а — температурный коэффициент сопротивления.
. Единицей измерения температурного коэффициента сопротивления является
, а для угля 
.
, возникает явление сверхпроводимости. Сверхпроводником называют проводник, сопротивление которого практически равно нулю.
Рисунок 1 – Пример простой схемы
Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы
Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи
Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы
Рисунок 5 – Треугольник закона Ома
Рисунок 6 – Закон Ома для определения R
Рисунок 7 – Закон Ома для определения I
Рисунок 8 – Закон Ома для определения E
,
,
.
.
.
