Что такое сопротивление

Что такое сопротивление?

Сопротивление (электрическое сопротивление) — это свойство любого проводника сопротивляться проходящему по нему электрическому току. Это так просто!

Проведем аналогию с гидравликой. В нашем случае получается, что проводником электрического тока является шланг или труба. Теперь давайте подумаем, какой из предметов будет оказывать большее сопротивление потоку воды: садовый шланг или нефтепровод?

Понятно, что садовый шланг, так как его диаметр в несколько раз меньше диаметра масляной трубы.

Тогда еще вопрос. При равенстве длины и диаметра какой шланг будет иметь большее сопротивление потоку воды?

Конечно, гофрокартон. Вода будет «прилипать» к стенкам, заставляя их мешать потоку воды.

Тогда есть еще одна проблема. Есть две одинаковые змеи, но одна длиннее, а другая короче. Какой из шлангов окажет большее сопротивление потоку воды?

Я думаю тот, что длиннее. Ответ очевиден.

Будьте внимательны!

Площадь поперечного сечения проводника и удельное сопротивление содержат мм2 в своих единицах. В таблице удельное сопротивление всегда дается именно в этом измерении, а тонкую жилу легче измерять в мм2. При умножении мм2 уменьшается и мы получаем значение в СИ.

Но это не отменяет того факта, что каждое задание нужно проверять на мм2 в обоих значениях! Если это не так, несоответствующее значение необходимо уменьшить до мм2.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Материал	Удельное сопротивление ρ, Ом мм2/м
Алюминий	0,028
Бронза	0,095–0,1
Висмут	1,2
Вольфрам	0,05
Утюг	0,1
Золото	0,023
Иридий	0,0474
Константан (сплав NiCu + Mn)	0,5
Латунь	0,025–0,108
Магний	0,045
Манганин (сплав меди с марганцем и никелем — инструментальный)	0,43–0,51
Медь	0,0175
Молибден	0,059
Нейзильбер (сплав меди, цинка и никеля)	0,2
Натрий	0,047
Никелин (сплав меди и никеля)	0,42
Никель	0,087
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)	1,05–1,4
Банка	0,12
Платина	0,107
Меркурий	0,94
Вести	0,22
Серебряный	0,015
Стали	0,103–0,137
Титан	0,6
Хромальный	1,3–1,5
Цинк	0,054
Чугун	0,5–1,0

Резистор

У всех настоящих лидеров есть сопротивление, но они стараются сделать его незначительным. В заданиях обычно используют термин «идеальный лидер», что означает, что они лишают его сопротивления.

Из-за того, что проводник у нас «вокруг-так-идеален», чаще всего за сопротивление в цепи отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

Вот как показано сопротивление на диаграммах:

В школьном курсе физики используется европейский термин, поэтому мы его просто запоминаем. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, где инженеры моделируют схемы.

Вот так сопротивление выглядит в естественной среде обитания:

Полосы на нем показывают сопротивление.

На сайте компании Ekits, торгующей электронными модулями, можно выбрать цвет резистора и узнать номинал резистора:

Реостат

Есть переключатели, которые вы поворачиваете, и они делают свет ярче или тусклее. В таком переключателе спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат.

Стрелка вверху — это ползунок. По сути, он отсекает часть сопротивления, расположенную справа от него. То есть, если мы переместим ползунок вправо, мы увеличим длину сопротивления, а значит, и сопротивление. И наоборот — сдвинуть влево и уменьшить.

По формуле сопротивления это очень понятно, так как в числителе стоит длина проводника:

Сопротивление R = ρ л/с R — сопротивление Ом l — длина проводника м S — площадь поперечного сечения мм2 ρ — удельное сопротивление [Ом мм2/м]

Определение единицы сопротивления – Ом

Меркурий 201

В чем измеряется сопротивление тока? Единицей измерения в международной системе СИ является Ом. Эта величина равна сопротивлению в цепи между крайними участками, между которыми протекает напряжение 1 В при токе 1А. Слово получил по имени ученого — Георг Ом. Она была принята в качестве единицы измерения в шестидесятых годах ХХ века вместе с Международной системой единиц СИ.

Средства воспроизведения сопротивления

Как выбрать перфоратор

Для определения измерений электрического сопротивления используют:

• Блок сопротивлений представляет собой специальный набор радиоэлементов разного номинала. Эти компоненты специально изготовлены с учетом эталонного сопротивления проводников. При подключении электрического проводника с постоянным или переменным током к резисторной коробке можно подобрать подходящий по размерам резистор и получить на выходе определенное напряжение, которое затем можно измерить вольтметром;
• Катушка – это устройство, работающее по принципу, аналогичному лавочному. Подключив его ко входу устройства, вы можете с помощью имеющихся рычагов и переключателей регулировать значение сопротивления устройства и получать необходимое напряжение на выходе.

Государственный эталон сопротивления

Этот стандарт состояния под индексом ГЭТ 14-91 обычно описывается в следующем виде.

Значения и характеристики эталонного сопротивления

Воспроизводимое значение в омах	6453 и 12906
Сохраненное значение в омах	один
Погрешности для первого типа (А) в частях на миллиард	25
Погрешности для второго типа (B) в частях на миллиард	35
Сумма стандартной неопределенности, ppb	45
увеличение неопределенности в два раза, ppb	90

Статическое и динамическое сопротивление

Согласно теории нелинейных цепей величина сопротивления делится на статическую и динамическую. Первый идентичен закону Ома и равен отношению между напряжением на элементе и током. Динамическое значение нелинейного элемента — это значение, полученное путем деления минимального увеличения напряжения на соответствующее увеличение тока.

Зависимость величины от характеристик проводника

В проводнике носителями электрического тока являются свободные отрицательно заряженные частицы. Поведение в материи подобно газу. Плотность свободных частиц зависит от плотности среды. Исходя из этого, плотность и структура кристаллической решетки определяются типом проводящего материала и его размерами. Из-за этого на проводимость влияют площадь поперечного сечения и температура. Сопротивление по площади поперечного сечения считается расчетной величиной.

Закон Ома для участка цепи

С камушками в трубе все понятно, но сила, с которой поток воды идет по трубе, зависит не только от них — она ​​зависит и от насоса, которым мы эту воду качаем. Чем больше мы качаем, тем больше ток. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Аккумулятор работает на основе химических реакций внутри него. В результате этих реакций выделяется энергия, которая затем передается в электрическую цепь.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса – это его крайние положения, собственно клеммы, к которым подключается электрическая цепь. На самом деле ток течет только от «+» к «−».

 

У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединить их в один закон.

Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на концах и обратно пропорционален сопротивлению.

Математически это можно описать следующим образом:

Закон Ома для участка цепи Я = У/Р I — сила тока [А] U — напряжение [В] R — сопротивление Ом

Напряжение измеряется в вольтах и ​​показывает разницу между двумя точками в цепи: эта разница определяет, сколько тока будет течь — чем больше разница, тем выше напряжение и тем больше будет течь ток.

Сила тока измеряется в амперах, подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье.

Решим задачи по закону Ома для части цепи.

Время задачи

Найти силу тока в лампе накаливания торшера, если она подключена к сети 220 В, а сопротивление нити накала 880 Ом.

Решение:

Примем закон Ома для участка цепи:

Я = У/Р

Замените значения:

I = 220/880 = 0,25 А

Ответ: Сила тока через лампочку 0,25А

Давайте усложним. И силу тока найдем, и все параметры узнаем для расчета сопротивления и напряжения.

Задача вторая

Найти силу тока в лампе накаливания, если торшер подключен к сети 220 В, а длина нити накала 0,5 м, площадь поперечного сечения 0,01 мм2, а удельное сопротивление нити 1,05 Ом мм2/ м.

Решение:

Сначала найдите сопротивление проводника.

R = ρ л/с

Площадь дана в мм2, а удельное сопротивление также выражено в мм2.

Это означает, что все величины уже даны в системе СИ и перевод не требуется:

R = 1,05 0,5/0,01 = 52,5 Ом

Теперь возьмем закон Ома для части цепи:

Я = У/Р

Замените значения:

I = 220/52,5 ≃ 4,2 А

Ответ: Ток через лампочку около 4,2 А

Теперь давайте сделаем это действительно сложно! Определите материал, из которого изготовлена ​​нить.

Задача третья

Из какого материала сделана нить накаливания лампочки, если настольная лампа подключена к сети 220 В, длина нити накала 0,5 м, площадь сечения 0,01 мм2, сила тока в цепи 8,8 А

Решение:

Примем закон Ома для участка цепи и выразим его сопротивление:

Я = У/Р

Р = U/I

Подставляем значения и находим сопротивление провода:

R = 220/8,8 = 25 Ом

Теперь возьмем формулу сопротивления и выразим из нее удельное сопротивление материала:

R = ρ л/с

ρ = RS/л

Подставляем значения и получаем:

ρ = 25 0,01/0,5 = 0,5 Ом мм2/м

Давайте перейдем к таблице удельных сопротивлений для материалов, чтобы узнать, из какого материала сделана эта нить.

Ответ: Нить сделана из константана.

Читайте также: Способы соединения проводов: пайка, сварка, клеммы, зажимы

Закон Ома для полной цепи

Мы выяснили закон Ома для части цепи. Теперь выясним, что будет, если цепь полная: в ней есть исток, проводники, резисторы и другие элементы.

В этом случае для полной цепи вводится закон Ома: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Да, стоп. Слишком много незнакомых слов — разбираемся по порядку.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС обозначает электродвижущую силу. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в вольтах.

ЭДС — это сила, которая перемещает заряженные частицы в цепи. Он взят из текущего источника. Например от аккумулятора.

Химическая реакция внутри гальванического элемента (это синоним батарейки) происходит с выделением энергии в электрическую цепь. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться вдоль проводника.

Часто приравнивают напряжение и ЭДС и говорят, что это одно и то же. Формально это не так, но при решении задач разницы обычно нет, так как эти величины и измеряются в вольтах, и определяют процессы, по сути очень похожие.

В форме формулы закон Ома для полной цепи будет выглядеть так:

Закон Ома для полной цепи I — сила тока [А] ε — ЭДС [В] R — сопротивление нагрузки Ом r — внутреннее сопротивление источника Ом

Каждый источник не идеален. В задачах это возможно («считать исходник идеальным», это предложения), а в реальной жизни — точно нет. В связи с этим источник имеет внутреннее сопротивление, препятствующее протеканию тока.

Решим задачу для полной цепочки.

Проблема

Найти силу тока в полной цепи, состоящей из резистора сопротивлением 3 Ом и источника с ЭДС равной 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

Решение:

Примем закон Ома для полной цепи:

Замените значения:

ОДИН

Ответ: Сила тока в цепи равна 1 А.

Когда «сопротивление бесполезно»

Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти оппозицию и найти идеального лидера без оппозиции, он это сделает. В то же время с резисторами только разных классификаций это не пройдет: он не только будет проходить через меньшее сопротивление, но и будет распределяться по закону Ома — больший ток будет протекать там, где сопротивление меньше, и наоборот.

Но на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через сопротивление течь не будет.

Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

Теперь давайте снова посмотрим на закон Ома для схемной части.

Закон Ома для участка цепи Я = У/Р I — сила тока [А] U — напряжение [В] R — сопротивление Ом

Замените резистор равным 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а в математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы хотим открыть вам страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно. Если совсем упростить такое сложное вычисление (а именно потому, что оно сложное, мы всегда говорим, что его нельзя сделать), то получим бесконечность.

Это:

I = U/0 = ∞

Такой случай называется коротким замыканием — когда величина тока настолько велика, что его можно направить в бесконечность. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие — и все рушится.

Это происходит потому, что между двумя точками цепи есть напряжение (то есть между ними есть разница). Это похоже на то, как водопад внезапно появляется вдоль реки. За счет этой разницы и образуется искра, которой можно избежать, поставив в цепь резистор.

Именно во избежание коротких замыканий в цепи необходимо дополнительное сопротивление.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время мы говорили о схемах с одним резистором. Подумайте, что произойдет, если их станет больше.

	Последовательное соединение	Параллельное соединение
Схема	Противники следуют друг за другом	Между резисторами два узла Узел – это соединение трех и более проводников
Сила тока	Ток одинаков на всех резисторах Я = я1 = я2	Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил выходящих из него токов Я = я1 + я2
Напряжение	Общее напряжение цепи представляет собой сумму напряжений на каждом резисторе У = У1 + У2	Напряжение одинаково на всех резисторах У=У1=У2
Сопротивление	Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений каждого резистора Р = Р1 + Р2	Общее сопротивление для бесконечного числа резисторов, соединенных параллельно 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn Суммарное сопротивление двух параллельно соединенных резисторов Суммарное сопротивление бесконечного числа одинаковых резисторов, соединенных параллельно Р = Рл/н

Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала?

Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные номиналы резисторов, от которых нельзя отклоняться при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор с нужным характером, и его надо строить из других резисторов.

Параллельное соединение также используется как «запасной аэродром»: когда общее сопротивление не сильно повлияет на конечный результат, но при выходе из строя одного из резисторов другой будет работать.

Будем честными: схемы, которые обычно даются в упражнениях (миллион резисторов соединенных параллельно, к ним еще и серийный, и еще миллион параллельно этому последовательному) в жизни не существуют. Но навык расчета таких цепей потом упрощает расчет реальных схем, потому что так невооруженным глазом отличишь последовательное соединение от параллельного.

Мы решим несколько задач для последовательного и параллельного соединения.

Найдите полное сопротивление цепи.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 4 Ом.

Решение:

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + R2 + R3 + R4 = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

Ответ: полное сопротивление цепи 10 Ом

Проблема вторая

Найдите полное сопротивление цепи.

R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом

Решение:

Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Ом

Ответ: Общее сопротивление цепи равно Ом

Задача третья

Найдите общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом

Решение:

Во-первых, констатируем, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи ничем не отличаются от резисторов. То есть у них тоже есть сопротивление, и они тоже влияют на цепь.

В этом случае связь смешанная. Лампы соединены параллельно, а резистор к ним последовательно.

Для начала рассчитаем общее сопротивление ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + R ламп = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

Ответ: Общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

Наконец последнее и самое сложное задание! Все самое серьезное собрано в этой статье .

Задание четвертое со звездой

Лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением 10 Ом каждый подключены к батарее с ЭДС 12 В. Известно, что сила тока в цепи равна 0,5 А, а сопротивление лампочки равно R / 2. Найти внутреннее сопротивление аккумулятора.

Решение:

Сначала найдем сопротивление лампы.

Rламп = R/2 = 10/2 = 5 Ом

Теперь найдите общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов.

Ом

А общее сопротивление цепи равно:

R = Rлампочки + Rрезисторы = 5 + 5 = 10 Ом

Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

Р + г = е / я

г = ε / I — R

Замените значения:

r = 12/0,5 — 10 = 14 Ом

Ответ: Внутреннее сопротивление источника 14 Ом.

Сопротивление проводника

Так почему бы не применить все эти качества и к менеджеру? Чем тоньше и длиннее проводник, тем больше сопротивление электрическому току. Немаловажную роль играет и материал, из которого он изготовлен.

Поэтому окончательная формула будет иметь вид

формула сопротивления проводника

В технике до сих пор используется устаревшая единица измерения удельного сопротивления Ом×мм2/м. Для перевода в Ом×м достаточно умножить на 10-6, так как 1 мм2 = 10-6 м2.

Как видно из таблицы выше, серебро имеет наименьшее удельное сопротивление, поэтому серебряная проволока будет лучшим проводником. Ну а самыми распространенными и дешевыми проводниками являются медные и алюминиевые. Именно эти два металла в основном используются во всей электронной и электротехнической промышленности.

Вещества, обладающие наименьшим сопротивлением электрическому току и обладающие очень малым сопротивлением, называются проводниками, а вещества, обладающие очень большим сопротивлением электрическому току и почти не пропускающие через себя, называются диэлектриками. Между ними находится класс полупроводников .

Что такое сопротивление 1 Ом?

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если напряжение на его концах равно 1 вольту, а сила тока, протекающего по нему, равна 1 ампер.

сопротивление 1 Ом

Это самое простое объяснение того, что такое 1 Ом. В электротехнике и электронной технике сопротивление обозначается буквой R .

Как найти сопротивление в цепи?

Это можно узнать из закона Ома, который связывает ток, напряжение и сопротивление. В этом случае он рассчитывается по формуле

формула сопротивления по закону Ома

куда

R — сопротивление, Ом

U — напряжение на концах проводника, Вольт

I — ток, протекающий по проводнику, ампер

То есть нам достаточно измерить напряжение на концах проводника и измерить силу тока, проходящего по нему. После применения формулы и расчета сопротивления проводника. Давайте решим простую проблему, чтобы исправить это.

Задача

Вычислите сопротивление проводника, если известно, что к нему приложено напряжение 5 вольт и проходящий по нему ток равен 0,1 ампера.

Решение

Мы используем формулу

В электронике и электротехнике применяют специальные радиоэлементы, обладающие сопротивлением электрическому току — резисторы. Подробнее о них вы можете прочитать в этой статье.