Pri uzavretí elektrického obvodu, na ktorého svorkách je potenciálny rozdiel, vzniká elektrický prúd. Voľné elektróny pod vplyvom síl elektrického poľa sa pohybujú pozdĺž vodiča. Pri svojom pohybe sa elektróny zrážajú s atómami vodiča a poskytujú im rezervu ich kinetickej energie. Rýchlosť pohybu elektrónov sa neustále mení: pri zrážke elektrónov s atómami, molekulami a inými elektrónmi klesá, potom sa vplyvom elektrického poľa zvyšuje a pri novej zrážke opäť klesá. Výsledkom je, že vo vodiči sa vytvorí rovnomerný tok elektrónov rýchlosťou niekoľkých zlomkov centimetra za sekundu. V dôsledku toho elektróny prechádzajúce vodičom vždy narážajú na odpor z jeho strany voči ich pohybu. Keď elektrický prúd prechádza vodičom, tento sa zahrieva.

Elektrický odpor

Elektrický odpor vodiča, ktorý je označený latinským písmenom r, je vlastnosť telesa alebo média premieňať elektrickú energiu na tepelnú energiu, keď ním prechádza elektrický prúd.

V diagramoch je elektrický odpor znázornený na obrázku 1, a.

Premenlivý elektrický odpor, ktorý slúži na zmenu prúdu v obvode, sa nazýva reostat. V diagramoch sú reostaty označené tak, ako je znázornené na obrázku 1, b. Vo všeobecnosti je reostat vyrobený z drôtu jedného alebo druhého odporu, navinutého na izolačnej základni. Posúvač alebo páka reostatu je umiestnená v určitej polohe, v dôsledku čoho sa do obvodu zavádza požadovaný odpor.

Dlhý vodič s malým prierezom vytvára vysoký prúdový odpor. Krátke vodiče s veľkým prierezom majú malý odpor voči prúdu.

Ak vezmeme dva vodiče z rôznych materiálov, ale rovnakej dĺžky a prierezu, potom budú vodiče viesť prúd rôznymi spôsobmi. To ukazuje, že odpor vodiča závisí od materiálu samotného vodiča.

Teplota vodiča tiež ovplyvňuje jeho odpor. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje odolnosť kovov a znižuje sa odolnosť kvapalín a uhlia. Len niektoré špeciálne zliatiny kovov (manganín, konštantán, nikelín a iné) so zvyšujúcou sa teplotou takmer nemenia svoj odpor.

Vidíme teda, že elektrický odpor vodiča závisí od: 1) dĺžky vodiča, 2) prierezu vodiča, 3) materiálu vodiča, 4) teploty vodiča.

Jednotkou odporu je jeden ohm. Om sa často označuje gréckym veľkým písmenom Ω (omega). Takže namiesto písania „Odpor vodiča je 15 ohmov“ môžete jednoducho napísať: r= 15Ω.
1000 ohmov sa nazýva 1 kiloohm(1kΩ alebo 1kΩ),
1 000 000 ohmov sa nazýva 1 megaohm(1 mgOhm alebo 1MΩ).

Pri porovnávaní odporu vodičov z rôznych materiálov je potrebné odobrať pre každú vzorku určitú dĺžku a prierez. Potom budeme vedieť posúdiť, ktorý materiál vedie elektrický prúd lepšie alebo horšie.

Video 1. Odpor vodiča

Špecifický elektrický odpor

Nazýva sa odpor vodiča dlhého 1 m s prierezom 1 mm² v ohmoch odpor a označuje sa gréckym písmenom ρ (ro).

Tabuľka 1 uvádza špecifické odpory niektorých vodičov.

stôl 1

Odpor rôznych vodičov

Tabuľka ukazuje, že železný drôt s dĺžkou 1 m a prierezom 1 mm² má odpor 0,13 ohmu. Ak chcete získať odpor 1 ohm, musíte si vziať 7,7 m takéhoto drôtu. Striebro má najnižší odpor. Odpor 1 ohm možno získať odoberaním 62,5 m strieborného drôtu s prierezom 1 mm². Striebro je najlepší vodič, ale cena striebra vylučuje jeho široké použitie. Po striebre v tabuľke nasleduje meď: 1 m medeného drôtu s prierezom 1 mm² má odpor 0,0175 ohmov. Ak chcete získať odpor 1 ohm, musíte si vziať 57 m takéhoto drôtu.

Chemicky čistá meď získaná rafináciou našla široké využitie v elektrotechnike na výrobu drôtov, káblov, vinutí elektrických strojov a prístrojov. Hliník a železo sú tiež široko používané ako vodiče.

Odpor vodiča možno určiť podľa vzorca:

kde r- odpor vodiča v ohmoch; ρ - špecifický odpor vodiča; l je dĺžka vodiča vm; S– prierez vodiča v mm².

Príklad 1 Určte odpor 200 m železného drôtu s prierezom 5 mm².

Príklad 2 Vypočítajte odpor 2 km hliníkového drôtu s prierezom 2,5 mm².

Z odporového vzorca ľahko určíte dĺžku, rezistivitu a prierez vodiča.

Príklad 3 Pre rádiový prijímač je potrebné navinúť odpor 30 ohmov z niklového drôtu s prierezom 0,21 mm². Určite požadovanú dĺžku drôtu.

Príklad 4 Určte prierez 20 m nichrómového drôtu, ak je jeho odpor 25 ohmov.

Príklad 5 Drôt s prierezom 0,5 mm² a dĺžkou 40 m má odpor 16 ohmov. Určite materiál drôtu.

Materiál vodiča charakterizuje jeho odpor.

Podľa tabuľky rezistivity zistíme, že olovo má takýto odpor.

Vyššie bolo uvedené, že odpor vodičov závisí od teploty. Urobme nasledujúci experiment. Navinieme niekoľko metrov tenkého kovového drôtu vo forme špirály a premeníme túto špirálu na batériový obvod. Ak chcete merať prúd v obvode, zapnite ampérmeter. Pri zahrievaní špirály v plameni horáka môžete vidieť, že hodnoty ampérmetra sa znížia. To ukazuje, že odpor kovového drôtu sa zahrievaním zvyšuje.

Pri niektorých kovoch sa pri zahriatí o 100 ° zvyšuje odpor o 40 - 50%. Existujú zliatiny, ktoré mierne menia svoj odpor teplom. Niektoré špeciálne zliatiny takmer nemenia odpor s teplotou. Odpor kovových vodičov so zvyšujúcou sa teplotou stúpa, odpor elektrolytov (kvapalné vodiče), uhlia a niektorých pevných látok, naopak, klesá.

Schopnosť kovov meniť svoj odpor zmenami teploty sa využíva na konštrukciu odporových teplomerov. Takým teplomerom je platinový drôt navinutý na sľudovom ráme. Vložením teplomera napríklad do pece a meraním odporu platinového drôtu pred a po zahriatí možno určiť teplotu v peci.

Zmena odporu vodiča pri jeho zahrievaní na 1 ohm počiatočného odporu a 1 ° teploty sa nazýva teplotný koeficient odporu a označuje sa písmenom α.

Ak pri teplote t 0 odpor vodiča je r 0 a pri teplote t rovná sa r t, potom teplotný koeficient odporu

Poznámka. Tento vzorec je možné vypočítať len v určitom teplotnom rozsahu (asi do 200 °C).

Pre niektoré kovy uvádzame hodnoty teplotného koeficientu odporu α (tabuľka 2).

tabuľka 2

Hodnoty teplotných koeficientov pre niektoré kovy

Zo vzorca pre teplotný koeficient odporu určíme r t:

r t = r 0 .

Príklad 6 Určte odpor železného drôtu zahriateho na 200 °C, ak jeho odpor pri 0 °C bol 100 ohmov.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmov.

Príklad 7 Odporový teplomer z platinového drôtu v miestnosti s teplotou 15°C mal odpor 20 ohmov. Teplomer sa umiestnil do pece a po chvíli sa zmeral jeho odpor. Ukázalo sa, že sa rovná 29,6 ohmov. Určte teplotu v rúre.

elektrická vodivosť

Doteraz sme považovali odpor vodiča za prekážku, ktorú vodič poskytuje elektrickému prúdu. Vodičom však preteká prúd. Preto má vodič okrem odporu (prekážok) aj schopnosť viesť elektrický prúd, teda vodivosť.

Čím väčší odpor má vodič, tým má menšiu vodivosť, tým horšie vedie elektrický prúd, a naopak, čím je odpor vodiča nižší, tým má väčšiu vodivosť, tým ľahšie prechádza vodičom. Preto sú odpor a vodivosť vodiča recipročné veličiny.

Z matematiky je známe, že prevrátená 5 je 1/5 a naopak prevrátená 1/7 je 7. Ak teda odpor vodiča označíme písm. r potom je vodivosť definovaná ako 1/ r. Vodivosť sa zvyčajne označuje písmenom g.

Elektrická vodivosť sa meria v (1/ohm) alebo siemens.

Príklad 8 Odpor vodiča je 20 ohmov. Určite jeho vodivosť.

Ak r= 20 Ohm, teda

Príklad 9 Vodivosť vodiča je 0,1 (1/ohm). Určte jeho odpor

Ak g \u003d 0,1 (1 / Ohm), potom r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)

Väčšina fyzikálnych zákonov je založená na experimentoch. Mená experimentátorov sú zvečnené v názvoch týchto zákonov. Jedným z nich bol Georg Ohm.

Experimenty Georga Ohma

V priebehu experimentov o interakcii elektriny s rôznymi látkami, vrátane kovov, stanovil základný vzťah medzi hustotou, silou elektrického poľa a vlastnosťou látky, ktorá sa nazývala „vodivosť“. Vzorec zodpovedajúci tomuto vzoru, nazývanému "Ohmov zákon" je nasledujúci:

j= λE , kde

• j- hustota elektrického prúdu;
• λ — špecifická vodivosť, tiež označovaná ako "elektrická vodivosť";
• E- intenzita elektrického poľa.

V niektorých prípadoch sa na označenie vodivosti používa iné písmeno gréckej abecedy - σ . Špecifická vodivosť závisí od niektorých parametrov látky. Jeho hodnotu ovplyvňuje teplota, látky, tlak, ak ide o plyn, a čo je najdôležitejšie, štruktúra tejto látky. Ohmov zákon sa dodržiava len pre homogénne látky.

Pre pohodlnejšie výpočty sa používa prevrátená hodnota vodivosti. Nazývalo sa to „odpor“, s čím súvisia aj vlastnosti látky, v ktorej preteká elektrický prúd, označované gréckym písm. ρ a má rozmer Ohm*m. Ale keďže pre rôzne fyzikálne javy platia rôzne teoretické zdôvodnenia, na merný odpor možno použiť alternatívne vzorce. Sú odrazom klasickej elektronickej teórie kovov, ako aj kvantovej teórie.

Vzorce

V týchto únavných, pre bežného čitateľa, vzorcoch sa objavujú také faktory ako Boltzmannova konštanta, Avogadrova konštanta a Planckova konštanta. Tieto konštanty sa používajú na výpočty, ktoré berú do úvahy voľnú dráhu elektrónov vo vodiči, ich rýchlosť pri tepelnom pohybe, stupeň ionizácie, koncentráciu a hustotu látky. Jedným slovom, pre nešpecialistu je všetko dosť ťažké. Aby ste neboli neopodstatnení, ďalej sa môžete zoznámiť s tým, ako všetko vyzerá v skutočnosti:

Vlastnosti kovov

Keďže pohyb elektrónov závisí od homogenity látky, prúdi v kovovom vodiči podľa jeho štruktúry prúd, ktorý ovplyvňuje rozloženie elektrónov vo vodiči s prihliadnutím na jeho nehomogenitu. Je určená nielen prítomnosťou inklúzií nečistôt, ale aj fyzickými chybami - praskliny, dutiny atď. Nehomogenita vodiča zvyšuje jeho odpor, ktorý je určený Matthiesenovým pravidlom.

Toto jednoducho pochopiteľné pravidlo v skutočnosti hovorí, že vo vodiči s prúdom možno rozlíšiť niekoľko samostatných odporov. A výsledná hodnota bude ich súčet. Termíny budú rezistivita kryštálovej mriežky kovu, nečistoty a defekty vodičov. Keďže tento parameter závisí od povahy látky, na jeho výpočet sa určujú príslušné zákonitosti, a to aj pre zmiešané látky.

Napriek tomu, že zliatiny sú tiež kovy, považujú sa za roztoky s chaotickou štruktúrou a pre výpočet rezistivity je dôležité, ktoré kovy sú zahrnuté v zložení zliatiny. V podstate väčšina dvojzložkových zliatin, ktoré nepatria do prechodných kovov a kovov vzácnych zemín, spadá pod popis Nodheimovho zákona.

Samostatnou témou je rezistivita kovových tenkých vrstiev. Skutočnosť, že jeho hodnota by mala byť väčšia ako hodnota objemového vodiča vyrobeného z rovnakého kovu, je celkom logické predpokladať. Zároveň sa však pre fóliu zavádza špeciálny Fuchsov empirický vzorec, ktorý popisuje vzájomnú závislosť merného odporu a hrúbky fólie. Ukazuje sa, že vo filmoch kovy vykazujú vlastnosti polovodičov.

A proces prenosu náboja ovplyvňujú elektróny, ktoré sa pohybujú v smere hrúbky filmu a interferujú s pohybom „pozdĺžnych“ nábojov. Zároveň sa odrážajú od povrchu vodiča fólie, a tak medzi jeho dvoma povrchmi dostatočne dlho kmitá jeden elektrón. Ďalším významným faktorom pri zvyšovaní odporu je teplota vodiča. Čím vyššia teplota, tým väčší odpor. Naopak, čím nižšia teplota, tým nižší odpor.

Kovy sú látky s najnižším odporom pri takzvanej „izbovej“ teplote. Jediným nekovom, ktorý ospravedlňuje jeho použitie ako vodiča, je uhlík. Grafit, ktorý je jednou z jeho odrôd, sa široko používa na vytváranie posuvných kontaktov. Má veľmi úspešnú kombináciu vlastností, ako je rezistivita a koeficient klzného trenia. Preto je grafit nepostrádateľným materiálom pre motorové kefy a iné klzné kontakty. Hodnoty odporu hlavných látok používaných na priemyselné účely sú uvedené v tabuľke nižšie.

Supravodivosť

Pri teplotách zodpovedajúcich skvapalňovaniu plynov, teda až do teploty kvapalného hélia, čo je - 273 stupňov Celzia, odpor klesá takmer až úplne vymizne. A nielen dobré kovové vodiče, ako je striebro, meď a hliník. Takmer všetky kovy. Za takýchto podmienok, ktoré sa nazývajú supravodivosť, kovová štruktúra nemá žiadny inhibičný účinok na pohyb nábojov pri pôsobení elektrického poľa. Preto sa ortuť a väčšina kovov stávajú supravodičmi.

Ale, ako sa ukázalo, relatívne nedávno, v 80. rokoch 20. storočia, sú niektoré druhy keramiky tiež schopné supravodivosti. A na to nemusíte používať tekuté hélium. Takéto materiály sa nazývajú vysokoteplotné supravodiče. Prešlo však už niekoľko desaťročí a sortiment vysokoteplotných vodičov sa výrazne rozšíril. Ale masové použitie takýchto vysokoteplotných supravodivých prvkov nie je pozorované. V niektorých krajinách sa vykonali jednotlivé inštalácie s nahradením bežných medených vodičov vysokoteplotnými supravodičmi. Na udržanie normálneho režimu vysokoteplotnej supravodivosti je potrebný tekutý dusík. A to sa ukazuje ako príliš drahé technické riešenie.

Preto nízka hodnota odporu, ktorú príroda udelila medi a hliníku, z nich stále robí nepostrádateľné materiály na výrobu rôznych vodičov elektrického prúdu.

Mnohí počuli o Ohmovom zákone, ale nie každý vie, čo to je. Štúdium začína školským kurzom fyziky. Podrobnejšie odovzdať fyzikálne schopnosti a elektrodynamiku. Tieto znalosti pravdepodobne nebudú užitočné pre bežného laika, ale sú nevyhnutné pre všeobecný rozvoj a pre niekoho pre budúce povolanie. Na druhej strane základné znalosti o elektrine, jej štruktúre, vlastnostiach doma vám pomôžu varovať sa pred problémami. Niet divu, že Ohmov zákon sa nazýva základným zákonom elektriny. Domáci majster potrebuje mať znalosti v oblasti elektriny, aby sa zabránilo prepätiu, ktoré môže viesť k zvýšeniu záťaže a požiaru.

Pojem elektrického odporu

Vzťah medzi základnými fyzikálnymi veličinami elektrického obvodu – odpor, napätie, sila prúdu objavil nemecký fyzik Georg Simon Ohm.

Elektrický odpor vodiča je hodnota, ktorá charakterizuje jeho odolnosť voči elektrickému prúdu. Inými slovami, časť elektrónov pôsobením elektrického prúdu na vodič opúšťa svoje miesto v kryštálovej mriežke a smeruje ku kladnému pólu vodiča. Niektoré z elektrónov zostávajú v mriežke a pokračujú v rotácii okolo atómu jadra. Tieto elektróny a atómy tvoria elektrický odpor, ktorý bráni pohybu uvoľnených častíc.

Vyššie uvedený proces je použiteľný pre všetky kovy, ale odpor v nich sa vyskytuje rôznymi spôsobmi. Je to spôsobené rozdielom vo veľkosti, tvare, materiáli, z ktorého pozostáva vodič. V súlade s tým majú rozmery kryštálovej mriežky nerovnaký tvar pre rôzne materiály, preto elektrický odpor voči pohybu prúdu cez ne nie je rovnaký.

Z tohto pojmu vyplýva definícia rezistivity látky, ktorá je individuálnym ukazovateľom pre každý kov zvlášť. Elektrický odpor (ER) je fyzikálna veličina označovaná gréckym písmenom ρ a charakterizovaná schopnosťou kovu zabrániť prechodu elektriny cez ňu.

Meď je hlavným materiálom pre vodiče

Odpor látky sa vypočíta podľa vzorca, kde jedným z dôležitých ukazovateľov je teplotný koeficient elektrického odporu. Tabuľka obsahuje hodnoty rezistivity troch známych kovov v rozsahu teplôt od 0 do 100°C.

Ak vezmeme index odporu železa ako jeden z dostupných materiálov rovný 0,1 Ohm, potom na 1 Ohm bude potrebných 10 metrov. Strieborná má najnižší elektrický odpor, pre jej indikátor 1 Ohm vyjde 66,7 metra. Významný rozdiel, ale striebro je drahý kov, ktorý nie je široko používaný. Ďalším z hľadiska výkonu je meď, kde 1 ohm vyžaduje 57,14 metra. Vďaka svojej dostupnosti, nákladom v porovnaní so striebrom je meď jedným z najobľúbenejších materiálov na použitie v elektrických sieťach. Nízky odpor medeného drôtu alebo odpor medeného drôtu umožňuje použitie medeného vodiča v mnohých odvetviach vedy, techniky, ako aj na priemyselné a domáce účely.

Hodnota odporu

Hodnota odporu nie je konštantná, mení sa v závislosti od nasledujúcich faktorov:

• Veľkosť. Čím väčší je priemer vodiča, tým viac elektrónov ním prechádza. Preto čím je jeho veľkosť menšia, tým väčší je odpor.
• Dĺžka. Elektróny prechádzajú cez atómy, takže čím dlhší je drôt, tým viac elektrónov nimi musí prejsť. Pri výpočte je potrebné vziať do úvahy dĺžku, veľkosť drôtu, pretože čím dlhší, tenší drôt, tým väčší je jeho rezistivita a naopak. Neschopnosť vypočítať zaťaženie použitého zariadenia môže viesť k prehriatiu drôtu a požiaru.
• Teplota. Je známe, že teplotný režim má veľký význam pre správanie látok rôznymi spôsobmi. Kov, ako nič iné, mení svoje vlastnosti pri rôznych teplotách. Odpor medi priamo závisí od teplotného koeficientu odporu medi a zvyšuje sa pri zahrievaní.
• Korózia. Tvorba korózie výrazne zvyšuje zaťaženie. Deje sa tak vplyvom prostredia, vniknutím vlhkosti, soli, nečistôt atď. Odporúča sa izolovať a chrániť všetky pripojenia, svorky, zákruty, nainštalovať ochranu pre vonkajšie zariadenia, včas vymeniť poškodené vodiče, zostavy, zostavy.

Výpočet odporu

Výpočty sa robia pri navrhovaní predmetov na rôzne účely a použitia, pretože podpora života každého pochádza z elektriny. Počíta sa so všetkým, od svietidiel až po technicky zložité vybavenie. Doma bude tiež užitočné urobiť výpočet, najmä ak sa plánuje výmena elektroinštalácie. Pre súkromnú bytovú výstavbu je potrebné vypočítať zaťaženie, inak môže „remeselná“ montáž elektrického vedenia viesť k požiaru.

Účelom výpočtu je určiť celkový odpor vodičov všetkých použitých zariadení s prihliadnutím na ich technické parametre. Vypočíta sa podľa vzorca R=p*l/S, kde:

R je vypočítaný výsledok;

p je index odporu z tabuľky;

l je dĺžka drôtu (vodiča);

S je priemer sekcie.

Jednotky

V medzinárodnom systéme jednotiek fyzikálnych veličín (SI) sa elektrický odpor meria v Ohmoch (Ohm). Jednotka merania merného odporu podľa sústavy SI sa rovná takému mernému odporu látky, pri ktorej je vodič vyrobený z jedného materiálu dlhý 1 m s prierezom 1 m2. m má odpor 1 ohm. Použitie 1 ohm / m vzhľadom na rôzne kovy je jasne uvedené v tabuľke.

Význam odporu

Vzťah medzi merným odporom a vodivosťou možno považovať za recipročný. Čím vyšší je index jedného vodiča, tým nižší je index druhého a naopak. Preto sa pri výpočte elektrickej vodivosti používa výpočet 1 / r, pretože číslo prevrátené k X je 1 / X a naopak. Špecifický ukazovateľ sa označuje písmenom g.

Výhody elektrolytickej medi

Nízky odpor (po striebre) ako výhoda, meď nie je obmedzená. Má vlastnosti jedinečné svojimi vlastnosťami, a to plasticitu, vysokú kujnosť. Vďaka týmto vlastnostiam sa vyrába vysoko čistá elektrolytická meď na výrobu káblov, ktoré sa používajú v elektrospotrebičoch, výpočtovej technike, elektrotechnickom a automobilovom priemysle.

Závislosť indexu odporu od teploty

Teplotný koeficient je hodnota, ktorá sa rovná zmene napätia časti obvodu a odporu kovu v dôsledku zmien teploty. Väčšina kovov má tendenciu zvyšovať odpor so zvyšujúcou sa teplotou v dôsledku tepelných vibrácií kryštálovej mriežky. Teplotný koeficient odporu medi ovplyvňuje špecifický odpor medeného drôtu a pri teplotách od 0 do 100°C je 4,1 10−3 (1/Kelvin). Pre striebro má tento ukazovateľ za rovnakých podmienok hodnotu 3,8 a pre železo 6,0. To opäť dokazuje efektívnosť použitia medi ako vodiča.

Látky a materiály schopné viesť elektrický prúd sa nazývajú vodiče. Zvyšok sa klasifikuje ako dielektrika. Ale neexistujú žiadne čisté dielektriká, všetky tiež vedú prúd, ale jeho hodnota je veľmi malá.

Ale vodiče vedú prúd inak. Podľa vzorca Georgea Ohma je prúd pretekajúci vodičom lineárne úmerný veľkosti napätia, ktoré je naň aplikované, a nepriamo úmerný veličine nazývanej odpor.

Jednotka merania odporu bola pomenovaná Ohm na počesť vedca, ktorý objavil tento vzťah. Ukázalo sa však, že vodiče vyrobené z rôznych materiálov a s rovnakými geometrickými rozmermi majú rôzny elektrický odpor. Na určenie odporu vodiča známej dĺžky a prierezu bol zavedený pojem rezistivita - koeficient, ktorý závisí od materiálu.

V dôsledku toho bude odpor vodiča známej dĺžky a prierezu rovný

Odolnosť platí nielen pre pevné materiály, ale aj pre kvapaliny. Jeho hodnota však závisí aj od nečistôt alebo iných zložiek v zdrojovom materiáli. Čistá voda nevedie elektrický prúd, pretože je dielektrikom. Ale v prírode neexistuje destilovaná voda, vždy obsahuje soli, baktérie a iné nečistoty. Tento koktail je vodič elektrického prúdu so špecifickým odporom.

Zavedením rôznych prísad do kovov sa získajú nové materiály - zliatin, ktorého merný odpor sa líši od merného odporu pôvodného materiálu, aj keď percentuálny prídavok k nemu je zanedbateľný.

Odpor verzus teplota

Špecifické odpory materiálov sú uvedené v referenčných knihách pre teploty blízke izbovej teplote (20 °C). So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odolnosť materiálu. Prečo sa to deje?

Vnútri materiálu sa vedie elektrický prúd voľné elektróny. Pôsobením elektrického poľa sa odtrhávajú od svojich atómov a pohybujú sa medzi nimi v smere, ktorý toto pole udáva. Atómy látky tvoria kryštálovú mriežku, medzi uzlami ktorej sa pohybuje prúd elektrónov, nazývaný aj „elektrónový plyn“. Pôsobením teploty mriežkové uzly (atómy) oscilujú. Samotné elektróny sa tiež nepohybujú priamočiaro, ale po spletitej dráhe. Zároveň sa často zrážajú s atómami a menia trajektóriu pohybu. V niektorých momentoch sa elektróny môžu pohybovať v smere opačnom k ​​smeru elektrického prúdu.

So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje amplitúda atómových vibrácií. Ku zrážke elektrónov s nimi dochádza častejšie, pohyb toku elektrónov sa spomaľuje. Fyzicky sa to prejavuje zvýšením odporu.

Príkladom využitia závislosti merného odporu na teplote je prevádzka žiarovky. Volfrámové vlákno, z ktorého je vlákno vyrobené, má v momente zapnutia nízky odpor. Nárazový prúd v okamihu zapnutia ho rýchlo zahreje, zvýši sa odpor a prúd sa zníži, čím sa stane nominálnym.

Rovnaký proces sa vyskytuje pri nichrómových vykurovacích prvkoch. Preto nie je možné vypočítať ich prevádzkový režim určením dĺžky nichrómového drôtu známeho prierezu, aby sa vytvoril požadovaný odpor. Na výpočty potrebujete špecifický odpor vyhrievaného drôtu a referenčné knihy uvádzajú hodnoty pre izbovú teplotu. Preto sa konečná dĺžka závitnice nichrómu upravuje experimentálne. Výpočty určujú približnú dĺžku a pri montáži sa závit postupne skracuje po častiach.

Teplotný koeficient odporu

Ale nie vo všetkých zariadeniach je závislosť odporu vodičov od teploty výhodná. V meracej technike vedie zmena odporu prvkov obvodu k chybe.

Na kvantitatívne určenie závislosti odporu materiálu od teploty sa zavádza pojem teplotný koeficient odporu (TCR). Ukazuje, ako veľmi sa zmení odpor materiálu pri zmene teploty o 1°C.

Na výrobu elektronických súčiastok - rezistorov používaných v obvodoch meracích zariadení sa používajú materiály s nízkym TCR. Sú drahšie, ale parametre zariadenia sa v širokom rozsahu teplôt okolia nemenia.

Ale využívajú sa aj vlastnosti materiálov s vysokým TCR. Činnosť niektorých snímačov teploty je založená na zmene odporu materiálu, z ktorého je vyrobený merací prvok. Aby ste to dosiahli, musíte udržiavať stabilné napájacie napätie a merať prúd prechádzajúci prvkom. Kalibráciou stupnice prístroja, ktorý meria prúd, podľa referenčného teplomera sa získa elektronický merač teploty. Tento princíp sa využíva nielen pri meraní, ale aj pri prehrievaní snímačov. Odpojenie zariadenia v prípade abnormálnych prevádzkových režimov, čo vedie k prehriatiu vinutia transformátorov alebo výkonových polovodičových prvkov.

Používa sa v elektrotechnike a prvkoch, ktoré menia svoj odpor nie z okolitej teploty, ale z prúdu cez ne - termistory. Príkladom ich použitia sú systémy na demagnetizáciu katódových trubíc televízorov a monitorov. Pri privedení napätia je odpor rezistora minimálny, prúd ním prechádza do demagnetizačnej cievky. Ale ten istý prúd ohrieva materiál termistora. Jeho odpor sa zvyšuje, čím sa znižuje prúd a napätie na cievke. A tak - až do úplného vymiznutia. V dôsledku toho sa na cievku aplikuje sínusové napätie s plynule klesajúcou amplitúdou, čím sa v jej priestore vytvorí rovnaké magnetické pole. Výsledkom je, že v čase, keď sa vlákno trubice zahreje, je už demagnetizované. A riadiaci obvod zostáva v zablokovanom stave, kým sa zariadenie nevypne. Potom termistory vychladnú a budú opäť pripravené na prácu.

Fenomén supravodivosti

Čo sa stane, ak sa teplota materiálu zníži? Odpor sa zníži. Existuje hranica, ku ktorej teplota klesá, tzv absolútna nula. Toto je - 273 °C. Pod týmto teplotným limitom sa to nestane. Pri tejto hodnote je odpor akéhokoľvek vodiča nulový.

Pri absolútnej nule prestanú atómy kryštálovej mriežky vibrovať. V dôsledku toho sa elektrónový oblak pohybuje medzi mriežkovými uzlami bez toho, aby sa s nimi zrazil. Odpor materiálu sa rovná nule, čo otvára možnosť získať nekonečne veľké prúdy vo vodičoch malých prierezov.

Fenomén supravodivosti otvára nové obzory pre rozvoj elektrotechniky. Stále však existujú ťažkosti spojené so získaním veľmi nízkych teplôt doma potrebných na vytvorenie tohto efektu. Keď sa problémy vyriešia, elektrotechnika sa posunie na novú úroveň rozvoja.

Príklady použitia hodnôt odporu vo výpočtoch

Už sme sa oboznámili so zásadami výpočtu dĺžky nichrómového drôtu na výrobu vykurovacieho telesa. Existujú však aj iné situácie, keď je potrebná znalosť odporu materiálov.

Pre výpočet obvody uzemňovacieho zariadenia používajú sa koeficienty zodpovedajúce typickým pôdam. Ak nie je známy typ pôdy v mieste zemnej slučky, potom sa pre správne výpočty predbežne meria jej odpor. Takže výsledky výpočtov sú presnejšie, čo eliminuje úpravu parametrov obvodu počas výroby: pridanie počtu elektród, čo vedie k zvýšeniu geometrických rozmerov uzemňovacieho zariadenia.

Na výpočet ich aktívneho odporu sa používa špecifický odpor materiálov, z ktorých sú vyrobené káblové vedenia a prípojnice. V budúcnosti pri menovitom zaťažovacom prúde s ním vypočíta sa hodnota napätia na konci vedenia. Ak sa jeho hodnota ukáže ako nedostatočná, potom sa prierezy vodičov vopred zväčšia.

Pojem elektrického odporu a vodivosti

Každé teleso, ktorým preteká elektrický prúd, má voči nemu určitý odpor. Vlastnosť materiálu vodiča brániť prechodu elektrického prúdu cez neho sa nazýva elektrický odpor.

Elektronická teória týmto spôsobom vysvetľuje podstatu elektrického odporu kovových vodičov. Pri pohybe po vodiči sa voľné elektróny stretávajú na svojej ceste nespočetnekrát s atómami a inými elektrónmi a pri interakcii s nimi nevyhnutne strácajú časť svojej energie. Elektróny majú akoby odpor voči svojmu pohybu. Rôzne kovové vodiče s rôznou atómovou štruktúrou majú rôznu odolnosť voči elektrickému prúdu.

Presne to isté vysvetľuje odpor kvapalných vodičov a plynov voči prechodu elektrického prúdu. Netreba však zabúdať, že v týchto látkach nie elektróny, ale nabité častice molekúl pri svojom pohybe narážajú na odpor.

Odpor je označený latinskými písmenami R alebo r.

Ohm sa považuje za jednotku elektrického odporu.

Ohm je odpor ortuťového stĺpca vysokého 106,3 cm s prierezom 1 mm2 pri teplote 0 °C.

Ak je napríklad elektrický odpor vodiča 4 ohmy, potom je napísaný takto: R \u003d 4 ohmy alebo r \u003d 4 ohmy.

Na meranie odporu veľkej hodnoty sa používa jednotka nazývaná megohm.

Jeden meg sa rovná miliónu ohmov.

Čím väčší je odpor vodiča, tým horšie vedie elektrický prúd, a naopak, čím je odpor vodiča menší, tým ľahšie elektrický prúd týmto vodičom prechádza.

Preto na charakterizáciu vodiča (z hľadiska prechodu elektrického prúdu cez neho) je možné zvážiť nielen jeho odpor, ale aj prevrátenú hodnotu odporu a nazýva sa vodivosť.

elektrická vodivosť Schopnosť materiálu prechádzať cez seba elektrický prúd sa nazýva.

Pretože vodivosť je prevrátená hodnota odporu, vyjadruje sa ako 1/R, vodivosť sa označuje latinským písmenom g.

Vplyv materiálu vodiča, jeho rozmerov a teploty okolia na hodnotu elektrického odporu

Odolnosť rôznych vodičov závisí od materiálu, z ktorého sú vyrobené. Na charakterizáciu elektrického odporu rôznych materiálov bol zavedený koncept takzvaného odporu.

Odpor je odpor vodiča s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm2. Odpor sa označuje gréckym písmenom p. Každý materiál, z ktorého je vodič vyrobený, má svoj vlastný odpor.

Napríklad rezistivita medi je 0,017, to znamená, že medený vodič s dĺžkou 1 m a prierezom 1 mm2 má odpor 0,017 ohmov. Rezistivita hliníka je 0,03, merný odpor železa je 0,12, merný odpor konštantánu je 0,48, merný odpor nichrómu je 1-1,1.

Odpor vodiča je priamo úmerný jeho dĺžke, to znamená, že čím dlhší je vodič, tým väčší je jeho elektrický odpor.

Odpor vodiča je nepriamo úmerný jeho prierezovej ploche, to znamená, že čím je vodič hrubší, tým je jeho odpor menší, a naopak, čím je vodič tenší, tým väčší je jeho odpor.

Aby ste lepšie pochopili tento vzťah, predstavte si dva páry komunikujúcich ciev, pričom jeden pár ciev má tenkú spojovaciu rúrku a druhý má hrubú. Je jasné, že keď je jedna z nádob (každý pár) naplnená vodou, jej prechod do inej nádoby cez hrubú rúru nastane oveľa rýchlejšie ako cez tenkú, t.j. hrubá rúra bude klásť menší odpor prietoku vody. voda. Rovnako je pre elektrický prúd ľahší prechod cez hrubý vodič ako cez tenký, to znamená, že prvý mu kladie menší odpor ako druhý.

Elektrický odpor vodiča sa rovná špecifickému odporu materiálu, z ktorého je tento vodič vyrobený, vynásobený dĺžkou vodiča a deleným plochou prierezu vodiča:

R = R l / S,

Kde - R - odpor vodiča, ohm, l - dĺžka vodiča vm, S - prierez vodiča, mm 2.

Plocha prierezu okrúhleho vodiča vypočítané podľa vzorca:

S = π d 2 / 4

Kde π - konštantná hodnota rovná 3,14; d je priemer vodiča.

A tak je určená dĺžka vodiča:

l = S R / p ,

Tento vzorec umožňuje určiť dĺžku vodiča, jeho prierez a odpor, ak sú známe ďalšie veličiny zahrnuté vo vzorci.

Ak je potrebné určiť plochu prierezu vodiča, vzorec sa zníži na nasledujúci tvar:

S = Rl/R

Transformáciou rovnakého vzorca a riešením rovnosti vzhľadom na p nájdeme merný odpor vodiča:

R = RS/l

Posledný vzorec sa musí použiť v prípadoch, keď sú známy odpor a rozmery vodiča a jeho materiál je neznámy a navyše je ťažké ho určiť podľa vzhľadu. Na to je potrebné určiť odpor vodiča a pomocou tabuľky nájsť materiál, ktorý má takýto odpor.

Ďalším dôvodom, ktorý ovplyvňuje odpor vodičov, je teplota.

Zistilo sa, že so zvyšujúcou sa teplotou sa odpor kovových vodičov zvyšuje a so znižovaním klesá. Toto zvýšenie alebo zníženie odporu pre čisté kovové vodiče je takmer rovnaké a v priemere je 0,4 % na 1 °C. Odpor kvapalných vodičov a uhlia klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

Elektrónová teória štruktúry hmoty dáva nasledujúce vysvetlenie nárastu odporu kovových vodičov so zvyšujúcou sa teplotou. Pri zahrievaní vodič dostáva tepelnú energiu, ktorá sa nevyhnutne prenáša na všetky atómy látky, v dôsledku čoho sa zvyšuje intenzita ich pohybu. Zvýšený pohyb atómov vytvára väčší odpor voči usmernenému pohybu voľných elektrónov, preto sa odpor vodiča zvyšuje. S poklesom teploty sa vytvárajú lepšie podmienky pre usmernený pohyb elektrónov a znižuje sa odpor vodiča. To vysvetľuje zaujímavý jav - supravodivosť kovov.

Supravodivosť t.j. zníženie odolnosti kovov na nulu, nastáva pri obrovskej negatívnej teplote - 273 ° C, nazývanej absolútna nula. Zdá sa, že pri teplote absolútnej nuly kovové atómy zamrznú na mieste bez toho, aby vôbec bránili pohybu elektrónov.