Сопротивление в электротехнике. Электрическое сопротивление и проводимость: основные понятия и формулы

Что такое электрическое сопротивление. Как измеряется сопротивление проводников. Чем отличаются проводники, диэлектрики и полупроводники. Как рассчитать сопротивление проводника. Что такое электрическая проводимость.

Что такое электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — это свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Чем выше сопротивление, тем меньший ток будет протекать через проводник при одинаковом напряжении.

Основные характеристики электрического сопротивления:

• Обозначается латинскими буквами R или r
• Измеряется в омах (Ом)
• 1 Ом — это сопротивление проводника, через который при напряжении 1 вольт протекает ток силой 1 ампер
• Крупные значения измеряются в килоомах (кОм) и мегаомах (МОм)

Как измерить электрическое сопротивление

Для измерения сопротивления используются специальные приборы — омметры. Современные цифровые мультиметры также имеют функцию измерения сопротивления. Порядок измерения:

1. Отключить исследуемый участок цепи от источников питания
2. Подключить щупы прибора к концам исследуемого участка
3. Установить прибор в режим измерения сопротивления
4. Снять показания с дисплея прибора

При измерении очень малых сопротивлений (менее 1 Ом) необходимо учитывать собственное сопротивление щупов и вычитать его из результата измерения.

Проводники, диэлектрики и полупроводники

По способности проводить электрический ток все вещества делятся на три группы:

• Проводники — вещества с очень низким сопротивлением (металлы, графит, растворы электролитов). Хорошо проводят электрический ток.
• Диэлектрики (изоляторы) — вещества с очень высоким сопротивлением (резина, стекло, фарфор). Практически не проводят электрический ток.
• Полупроводники — вещества, проводимость которых зависит от внешних условий (кремний, германий). Занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Как рассчитать сопротивление проводника

Сопротивление однородного проводника можно рассчитать по формуле:

R = ρ * l / S

где:

• R — сопротивление проводника (Ом)
• ρ (ро) — удельное сопротивление материала (Ом*м)
• l — длина проводника (м)
• S — площадь поперечного сечения (м²)

Из формулы видно, что сопротивление проводника:

• Прямо пропорционально его длине
• Обратно пропорционально площади поперечного сечения
• Зависит от материала проводника (через удельное сопротивление)

Что такое электрическая проводимость

Электрическая проводимость — это величина, обратная электрическому сопротивлению. Она характеризует способность вещества проводить электрический ток.

Основные характеристики электрической проводимости:

• Обозначается латинской буквой G
• Измеряется в сименсах (См)
• G = 1 / R
• Чем выше проводимость, тем лучше вещество проводит электрический ток

Зависимость сопротивления от температуры

Сопротивление большинства проводников зависит от температуры. Для металлов эта зависимость описывается формулой:

R = R₀(1 + αt)

где:

• R — сопротивление при температуре t
• R₀ — сопротивление при 0°C
• α — температурный коэффициент сопротивления
• t — температура в °C

Для большинства металлов α > 0, то есть их сопротивление растет с увеличением температуры. У полупроводников наоборот — сопротивление уменьшается при нагревании.

Практическое применение понятия сопротивления

Понимание электрического сопротивления важно во многих практических аспектах:

• Выбор проводов нужного сечения при монтаже электропроводки
• Расчет мощности нагревательных элементов
• Подбор резисторов для электрических схем
• Диагностика неисправностей в электрических цепях
• Проектирование полупроводниковых приборов

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома связывает между собой три основные электрические величины — силу тока, напряжение и сопротивление:

I = U / R

где:

• I — сила тока (А)
• U — напряжение (В)
• R — сопротивление (Ом)

Этот закон позволяет рассчитать любую из трех величин, если известны две другие. Он лежит в основе большинства расчетов электрических цепей.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

При соединении нескольких резисторов их общее сопротивление зависит от способа соединения:

Последовательное соединение:

R = R₁ + R₂ + R₃ + …

Общее сопротивление равно сумме сопротивлений всех резисторов.

Параллельное соединение:

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + …

Обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений всех резисторов.

Знание этих формул позволяет рассчитывать сложные электрические цепи, состоящие из множества резисторов.

Напряжение, ток и сопротивление в электротехнике

Для начала рассмотрим определения основных электрических величин, далее рассмотрим законы, связывающие эти величины между собой на основе формул и графических зависимостей. Так от простого к сложному и будет развиваться эта статья.

Первым делом следует отметить, что существуют цепи постоянного и переменного тока. Разница между ними в характере протекания электрических величин — в цепях переменного тока ток и напряжение с течением времени изменяются по определенному закону (например, синусоиде). В цепях же тока постоянного с течением времени значение остается константным.

И в первых и во вторых цепях основными величинами будут: ток, напряжение и сопротивление.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц (электронов) через проводник (проводящую среду) от точки с большим потенциалом, к точке с меньшим потенциалом. Принято говорить, что ток течет от плюса к минусу в цепях постоянного тока. Измеряется в амперах, обозначается “i”.

Электрическое сопротивление характеризует способность ограничивать значение электрического тока. Измеряется в омах и обозначается r. Величина обратная сопротивлению — проводимость. В зависимости от величины сопротивления материалы классифицируются на: проводники, диэлектрики и изоляторы.

Электрическое напряжение равняется разности потенциалов между двумя точками. U=f1-f2. Логично, что напряжение может быть и положительной и отрицательной величиной. Единица измерения вольт (В).

Связь между этими величинами описывается законом Ома:

Значение тока в электрической цепи прямо пропорционально величине напряжения и обратно пропорционально сопротивлению. I=U/R — данная формула применима для цепи постоянного тока. Зная две величины, всегда найдем третью.

Для переменного тока формула приобретет вид I=U/Z, где Z — полное сопротивление цепи, которое состоит из активной, емкостной и индуктивной составляющих:

• R — активное сопротивление (омическое)
• XL — индуктивное сопротивление (присуще катушкам, обмоткам, статору ТГ) — препятствует протеканию тока
• XC — емкостное сопротивление (конденсаторное, встречается у кабеля) — препятствует протеканию напряжения
• Z — реактивное сопротивление (импеданс, полное сопротивление) состоит из двух составляющих: активной (R) и реактивной (X). А реактивное (X) уже состоит из индуктивного (XL) и емкостного (XC)

Графически соотношение между сопротивлениями можно отобразить в форме прямоугольного треугольника (векторное представление).

В цепях переменного тока значения тока и напряжения изменяются с течением времени, согласно определенному закону. Например, по синусоиде:

I=Im*sin(wt+f)

В данной формуле I — это мгновенное значение тока, Im — амплитудное значение.

Амплитудное — максимальное значение, амплитудное, которое принимает величина за период. В формулах выше это значения с индексом “m” — типа максимальное.

Мгновенное — значение величины в данный момент времени. Максимальное из мгновенных значений является амплитудным.

Действующее — такое значение переменного тока, при котором за период в резисторе выделилось бы столько тепла, сколько и в цепи постоянного тока. Именно эти значения показывают наши вольтметры, амперметры. Для синусоиды действующее равно 0,707 от амплитудного. 1/корень(2)=0,707.

Как расчитать шунт для амперметра

Как подключить амперметр?

В зависимости от преобладания определенного характера сопротивления, векторы тока и напряжения будут смещены относительно друг друга:

Чисто активное сопротивление — ток и напряжение совпадают по фазе.

Преобладает индуктивное — значит, как писалось выше, току пройти тяжелее и он отстает от напряжения.

Преобладает емкостная составляющая — ток уходит в отрыв, напряжение тормозится емкостью.

Также цепи переменного тока могут быть однофазными и трехфазными. В трехфазных цепях приняты обозначения фаз: фаза А (желтая, U), фаза B (зеленая, V) и фаза С (красная, W). Как недавно сказали на одном объекте железной дороги: фаза “А” идет на Минск. 🙂

Между собой фазы могут соединяться в различные схемы: звезда, треугольник, зигзаг и прочие более редкие.

Формула расчета реактивного сопротивления, калькулятор расчетов

В цепь переменного электрического тока входят активные (содержащие внутренние источники энергии) и пассивные элементы (потребители энергии). К пассивным элементам относят резисторы и реактивные устройства.

Пассивные элементы

Виды пассивных элементов

В электротехнике рассматривают два типа резисторов: активное и реактивное сопротивление. Активным – обладают приборы, в которых энергия электрического тока преобразуется в тепловую. В физике оно обозначается символом R. Единица измерения – Ом.

Рассчитать его можно, используя закон Ома:

R = U/I.

Этой формулой можно пользоваться для расчёта по мгновенным значениям тока и напряжения, максимальным или действующим.

Реактивные устройства энергию не рассеивают, а накапливают. К ним относятся:

• катушка индуктивности;
• конденсатор.

Реактивное сопротивление обозначается символом Х. Единица измерения – Ом.

Катушка индуктивности

Представляет собой проводник, выполненный в форме спирали, винта или винтоспирали. Благодаря высокой инерционности, прибор используют в схемах, которые применяются для уменьшения пульсаций в цепях переменного тока и колебательных контурах, для создания магнитного поля и т.д. Если она имеет большую длину при небольшом диаметре, то катушку называют соленоидом.

Схема включения

Для вычисления падения напряжения (U) на концах катушки используют формулу:

U = –L·DI/Dt, где:

• L – индуктивность прибора, измеряется в Гн (генри),
• DI – изменение силы тока (измеряется в амперах) за промежуток времени Dt (измеряется в секундах).

Внимание! При любом изменении тока в проводнике возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует этому изменению.

Вследствие этого в катушке возникает сопротивление, которое называется индуктивным.

В электротехнике обозначается ХL и рассчитывается по формуле:

ХL = w · L,

где w – угловая частота, измеряется в рад/с.

Угловая частота является характеристикой гармоничного колебания. Связана с частотой f (количество полных колебаний в секунду). Частота измеряется в колебаниях в секунду (1/с):

w = 2 · p · f.

Если в схеме используется несколько катушек, то при их последовательном соединении общее ХL для всей системы будет равно:

XL = XL1 + XL2 + …

В случае параллельного соединения:

1/XL = 1/XL1 + 1/XL2 + …

Закон Ома для такого соединения имеет вид:

XL=UL/I,

где UL – падение напряжения.

Помимо индуктивного, устройство обладает и активным R.

Электрический импеданс в этом случае равен:

Z = XL + R.

Емкостной элемент

В проводниках и обмотке катушки, кроме индуктивного и активного сопротивлений, присутствует и емкостное, которое обусловлено наличием ёмкости в этих приборах. Кроме резистора и катушки, в схему может быть включен конденсатор, который состоит из двух металлических пластин, между которыми размещён слой диэлектрика.

К сведению. Электрический ток протекает за счёт того, что в устройстве проходят процессы заряда и разряда пластин.

Схема подключения

При максимальном заряде на пластинах прибора:

U = max, I = 0.

За счёт того, что резистивное устройство может накапливать энергию, его используют в приборах, которые стабилизируют напряжение в цепи.

Возможность накапливать заряд характеризуется ёмкостью.

Реактивное сопротивление конденсатора (ХС) можно рассчитать по формуле:

XC = 1/(w·C), где:

1. w – угловая частота,
2. С – ёмкость конденсатора.

Единица измерения ёмкости – Ф (фарада).

Учитывая, что угловая частота связана с циклической частотой, расчет значения реактивного сопротивления конденсатора можно выполнить по формуле:

XC=1/(2·p·f·C).

Если в цепи последовательно соединены несколько устройств, то общее XС системы будет равно:

XС = XС1 + XС2 + …

Если соединение объектов параллельное, то:

1/XC = 1/XC1 + 1/XC2+…

Закон Ома для этого случая записывается следующим образом:

XC = UC/I,

где UС – падение напряжения на конденсаторе.

Расчёт цепи

При последовательном соединении I = const в любой точке и, согласно закону Ома, его можно рассчитать по формуле:

I = U/R,

где Z – электрический импеданс.

Последовательное соединение элементов

Напряжение на устройствах рассчитывается следующим образом:

UR = I · R, UL = I · XL, UC = I · XC.

Вектор индуктивной составляющей напряжения направлен в противоположную сторону от вектора емкостной составляющей, поэтому:

UX = UL – UC,

следовательно, согласно расчётам:

X = XL – XC.

Внимание! Для вычисления значения импеданса можно воспользоваться «треугольником сопротивлений», в котором гипотенузой является значение Z, а катетами – значения X и R.

Треугольник сопротивлений

Если в цепь подключены и конденсатор, и катушка индуктивности, то, согласно теореме Пифагора, гипотенуза (Z) будет равна:

Так как X = XL – XC, то:

При решении электротехнических задач часто импеданс записывают в виде комплексного числа, в котором действительная часть соответствует значению активной составляющей, а мнимая – реактивной. Таким образом, выражение для импеданса в общем виде имеет вид:

Z = R + X·i,

где i – мнимая единица.

Для онлайн расчёта реактивного сопротивления можно использовать программу – калькулятор, которую можно найти в сети Интернет. Подобных сервисов достаточно много, поэтому вам не составит труда подобрать удобный для вас калькулятор.

Онлайн калькулятор для расчёта емкостных и индуктивных характеристик

Благодаря таким Интернет сервисам, можно быстро выполнить нужный расчёт.

Видео

Оцените статью:

Электрическое сопротивление проводника. Электрическая проводимость

  

Всякое тело оказывает прохождению электрического тока определенное противодействие. Например, при движении электронов по проводнику они будут сталкиваться с атомами и молекулами вещества, отдавая, им часть своей энергии. Чем больше таких столкновений, тем больше величина противодействия, оказываемого телом движению электрона, и, следовательно, тем меньше ток в проводнике.

Определение: Свойство проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением, или сопротивлением..

Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.

За единицу сопротивления принят ом (сокращенно обозначается Ом или Ω).

Сопротивление проводника равно одному ому, если при напряжении на его концах в один вольт в нем устанавливается ток в один ампер.

В практике сопротивления часто измеряются в килоомах (сокращенно обозначается кОм или кΩ) и мегомах (сокращенно— МОм или МΩ).

1 кОм = 1000 Ом;

1 МОм = 1000 кОм = 1 000 000 Ом.

Для характеристики электрических свойств проводников часто используется величина, обратная сопротивлению, называемая проводимостью.

Определение: Электрической проводимостью (или проводимостью) называется способность вещества пропускать через себя электрический ток.

Чем больше сопротивление проводника, тем меньше его проводимость, и наоборот. Проводимость обозначается латинской буквой G. За единицу проводимости принята проводимость проводника с сопротивлением в 1 ом. Эта единица называется сименс (сим).

Понятия сопротивления и проводимости имеют очень большое значение в электротехнике. Если вещество обладает небольшим сопротивлением (большой проводимостью), то оно называется проводником электрического тока, или проводником. К проводникам относятся большинство металлов (серебро, медь, алюминий, железо, никель, свинец, ртуть), а также сплавы металлов, морская вода, растворы солей и кислот и т. д. Особенно хорошо проводят электрический ток серебро и медь (обладают наилучшей проводимостью). Проводники используются для соединения отдельных элементов электрических схем.

Но есть вещества, которые очень плохо проводят электрический ток, т. е. имеют очень большое сопротивление. Такие вещества называются непроводниками электрического тока, или изоляторами. К изоляторам относятся фарфор, стекло, шерсть, смола, резина, эбонит, слюда, воск, парафин и т. д. Изоляторы широко применяются в электротехнике. Без них нельзя осуществить ни одной электрической цепи.

Следует помнить, что обычно сопротивление изолятора больше сопротивления проводника в несколько миллионов раз.

Кроме проводников и изоляторов, в природе существуют так называемые полупроводники электрического тока. Их проводимость больше, чем изоляторов, но меньше, чем проводников. К полупроводникам относятся: германий, кремний, селен, теллур, многие окислы, карбиды, сульфиды, огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.) и т. д.

Характерная особенность полупроводников состоит в том, что их сопротивление в широких пределах изменяется под действием света, электрических и магнитных полей, радиоактивного излучения и от посторонних примесей.

Из некоторых полупроводников изготовляются термисторы (резисторы, величина которых резко изменяется с изменением температуры) и фоторезисторы (величина их сопротивления зависит от освещенности) .

Полупроводники применяются для изготовления диодов, транзисторов, тиристоров и интегральных схем. 

Возможность использования полупроводников для усиления и генерации колебаний была открыта в 1922 г. сотрудником Нижегородской радиолаборатории имени В. И. Ленина радиолюбителем О. В. Лосевым, который назвал изобретенный им прибор кристадином.

 

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

	Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Понятия и формулы для электричества и магнетизма.  / / Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома. Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома. Цепь постоянного тока (или, строго говоря, цепь без комплексного сопротивления) Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока. P = мощность (Ватт) U = напряжение (Вольт) I = ток (Ампер) R = сопротивление (Ом) r = внутреннее сопротивление источнка ЭДС ε = ЭДС источника Тогда для всей цепи: I=ε/(R +r) — закон Ома для всей цепи. И еще ниже куча формулировок закона Ома для участка цепи : Электрическое напряжение: U = R* I — Закон Ома для участка цепи U = P / I U = (P*R)1/2 Электрическая мощность: P= U* I P= R* I2 P = U 2/ R Электрический ток: I = U / R I = P/ E I = (P / R)1/2 Электрическое сопротивление: R = U / I R = U 2/ P R = P / I2 НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения. Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω. Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты. Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети частотнонезависимы — данная формулировка применима ко всем гармоникам любого сигнала. Закон Ома для цепей переменного тока: где: Естественно, применительно к цепям переменного тока можно говорить и об активной/реактивной мощности. U = U0eiωt  напряжение или разность потенциалов, I  сила тока, Z = Re—iφ  комплексное сопротивление (импеданс) R = (Ra2+Rr2)1/2  полное сопротивление, Rr = ωL — 1/ωC  реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного), Rа  активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты, φ = arctg Rr/Ra — сдвиг фаз между напряжением и током. Дополнительная информация: Электростатика. Закон Ома. Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения. Формулы. Электрическое сопротивление проводника при постоянном токе, зависимость сопротивления проводника от температуры, индуктивное и ёмкостное (реактивное) сопротивление, полное реактивное сопротивление, полное сопротивление цепи при переменном токе Коэффициент мощности (cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Коэффициент мощности для трехфазного электродвигателя.
Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru Реклама, сотрудничество: [email protected]	Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Электротехника для чайников | AlexGyver

Начнем пожалуй с понятия электричества. Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. В качестве частиц могут выступать свободные электроны металла, если ток течет по металлическому проводу, или ионы, если ток течет в газе или жидкости.

Есть ещё ток в полупроводниках, но это отдельная тема для разговора. Как пример можно привести высоковольтный трансформатор из микроволновки – сначала электроны бегут по проводам, затем ионы движутся между проводами, соответственно сначала ток идет через металл, а потом через воздух. Вещество называются проводником или полупроводником, если в нём есть частицы, способные переносить электрический заряд. Если таких частиц нет, то такое вещество называется диэлектриком, оно не проводит электричество. Заряженные частицы несут на себе электрический заряд, который измеряется обозначается q в кулонах.

Единица измерения силы тока называется Ампер и обозначается буковой I, ток величиной в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда величиной 1 Кулон за 1 секунду, то есть грубо говоря сила тока измеряется в кулонах секунду. И по сути сила тока это количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника. Чем больше заряженных частиц бежит по проводу, тем соответственно больше ток.

Чтобы заставить заряженные частицы перемещаться от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Напряжение измеряется в вольтах и обозначается буквой V или U. Чтобы получить напряжение величиной 1 Вольт нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж. Согласен, немного непонятно.

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под действием силы тяжести вытекает через трубу. Пусть вода – это электрический заряд, высота водяного столба – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток. Точнее не скорость потока, а количество вытекающей за секунду воды. Вы понимаете, что чем выше уровень воды, тем больше будет давление внизу А чем выше давление внизу, тем больше воды вытечет через трубу, потому что скорость будет выше.. Аналогично чем выше напряжение, тем больший ток будет течь в цепи.

Зависимость между всеми тремя рассмотренными величинами в цепи постоянного тока определяет закон ома, который выражается вот такой формулой, и звучит как сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению. Чем больше сопротивление, тем меньше ток, и наоборот.

Добавлю ещё пару слов про сопротивление. Его можно измерить, а можно посчитать. Допустим у нас есть проводник, имеющий известную длину и площадь поперечного сечения. Квадратный, круглый, неважно. Разные вещества имеют разное удельное сопротивление, и для нашего воображаемого проводника существует вот такая формула, определяющая зависимость между длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление веществ можно найти в интернете в виде таблиц.

Можно опять же провести аналогию с водой: вода течёт по трубе, пусть труба имеет удельную шершавость. Логично предположить, что чем длиннее и уже труба, тем меньше воды будет по ней протекать за единицу времени. Видите, как всё просто? Формулу даже запоминать не нужно, достаточно представить себе трубу с водой.

Что касается измерения сопротивления, то нужен прибор, омметр. В наше время более популярны универсальные приборы – мультиметры, они измеряют и сопротивление, и ток, и напряжение, и ещё кучу всего. Давайте проведём эксперимент. Я возьму отрезок нихромовой проволоки известной длины и площади сечения, найду удельное сопротивление на сайте где я её купил и посчитаю сопротивление. Теперь этот же кусочек измерю при помощи прибора. Для такого маленького сопротивления мне придется вычесть сопротивление щупов моего прибора, которое равно 0.8 Ом. Вот так вот!

Шкала мультиметра разбита по размерам измеряемых величин, это сделано для более высокой точности измерения. Если я хочу измерить резистор с номиналом 100 кОм, я ставлю рукоятку на большее ближайшее сопротивление. В моём случае это 200 килоом. Если хочу измерить 1 килоом, то ставлю на 2 ком. Это справедливо для измерения остальных величин. То есть на шкале отложены пределы измерения, в который нужно попасть.

Давайте продолжим развлекаться с мультиметром и попробуем измерить остальные изученные величины. Возьму несколько разных источников постоянного тока. Пусть это будет блок питания на 12 вольт, юсб порт и трансформатор, который в своей молодости сделал мой дед. Напряжение на этих источниках мы можем измерить прямо сейчас, подключив вольтметр параллельно, то есть непосредственно к плюсу и к минусу источников. С напряжением всё понятно, его можно взять и измерить. А вот чтобы измерить силу тока, нужно создать электрическую цепь, по которой будет протекать ток. В электрической цепи обязательно должен быть потребитель, или нагрузка. Давайте подключим потребитель к каждому источнику. Кусочек светодиодной ленты, моторчик и резистор на (160 ом).

Давайте измерим ток, протекающий в цепях. Для этого переключаю мультиметр в режим измерения силы тока и переключаю щуп во вход для тока. Амперметр подключается в цепь последовательно измеряемому объекту. Вот схема, её тоже следует помнить и не путать с подключением вольтметра. Кстати существует такая штуковина как токовые клещи. Они позволяют измерять силу тока в цепи без подключения непосредственно к цепи. То есть не нужно отсоединять провода, просто накидываешь их на провод и они измеряют. Ну ладно, вернёмся к нашему обычному амперметру.

Итак, я измерил все токи. Теперь мы знаем, какой ток потребляется в каждой цепи. Здесь у нас светятся светодиоды, здесь крутится моторчик а здесь…. Так стоять, а че делает резистор? Он не поёт нам песни, не освещает комнату и не вращает никакой механизм. Так на что он тратит целых 90 миллиампер? Так не пойдёт, давайте разбираться. Слышь ты! Ау, он горячий! Так вот куда расходуется энергия! А можно ли как-то посчитать, что здесь за энергия? Оказывается – можно. Закон, описывающий тепловое действие электрического тока был открыт в 19 веке двумя учеными, Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцем. Закон назвали закон Джоуля-Ленца. Он выражается вот такой формулой, и численно показывает, сколько джоулей энергии выделяется в проводнике, в котором течёт ток, за единицу времени. Из этого закона можно найти мощность, которая выделяется на этом проводнике, мощность обозначается английской буквой Р и измеряется в ваттах.

Таким образом у меня на столе электрическая мощность идёт на освещение, на совершение механической работы и на нагрев окружающего воздуха. Кстати именно на этом принципе работают различные нагреватели, электрочайники, фены, паяльники и прочее. Там везде стоит тоненькая спираль, которая нагревается под действием тока.

Этот момент стоит учитывать при подведении проводов к нагрузке, то есть прокладка проводки к розеткам по квартире тоже входит в это понятие. Если вы возьмете для подведения к розетке слишком тонкий провод и подключите в эту розетку компьютер, чайник и микроволновку, то провод может нагреться вплоть до возникновения пожара. Поэтому есть вот такая табличка, которая связывает площадь поперечного сечения проводов с максимальной мощностью, которая по этим проводам будет идти. Если вздумаете тянуть провода – не забудьте об этом.

Также в рамках этого выпуска хотелось бы напомнить особенности параллельного и последовательного соединения потребителей тока. При последовательном соединении сила тока одинакова на всех потребителях, напряжение разделилось на части, а общее сопротивление потребителей представляет собой сумму всех сопротивлений. При параллельном соединении напряжение на всех потребителях одинаково, сила тока разделилась, а общее сопротивление вычисляется вот по такой формуле.

Из этого вытекает один очень интересный момент, который можно использовать для измерения силы тока. Допустим нужно измерить силу тока в цепи около 2 ампер. Амперметр с этой задачей не справляется, поэтому можно использовать закон ома в чистом виде. Знаем, что сила тока одинакова при последовательном соединении. Возьмём резистор с очень маленьким сопротивлением и вставим его последовательно нагрузке. Измерим на нём напряжение. Теперь, пользуясь законом ома, найдём силу тока. Как видите, она совпадает с расчётом ленты. Здесь главное помнить, что этот добавочный резистор должен быть как можно меньшего сопротивления, чтобы оказывать минимальное влияние на измерения.

Есть ещё один очень важный момент, о котором нужно знать. Все источники имеют максимальный отдаваемый ток, если этот ток превысить – источник может нагреться, выйти из строя, а в худшем случае ещё и загореться. Самый благоприятный исход это когда источник имеет защиту от перегрузки по току, в таком случае он просто отключит ток. Как мы помним из закона ома, чем меньше сопротивление, тем выше ток. То есть если взять в качестве нагрузки кусок провода, то есть замкнуть источник самого на себя, то сила тока в цепи подскочит до огромных значений, это называется короткое замыкание. Если вы помните начало выпуска, то можете провести аналогию с водой. Если подставить нулевое сопротивление в закон ома то мы получим бесконечно большой ток. На практике такое конечно не происходит, потому что источник имеет внутреннее сопротивление, которое подключено последовательно. Этот закон называется закон ома для полной цепи. Таким образом ток короткого замыкания зависит от величины внутреннего сопротивления источника.

Сейчас давайте вернёмся к максимальному току, который может выдать источник. Как я уже говорил, силу тока в цепи определяет нагрузка. Многие писали мне вк и задавали примерно вот такой вопрос, я его слегка утрирую: Саня, у меня есть блок питания на 12 вольт и 50 ампер. Если я подключу к нему маленький кусочек светодиодной ленты, она не сгорит? Нет, конечно же она не сгорит. 50 ампер – это максимальный ток, который способен выдать источник. Если ты подключишь к нему кусочек ленты, она возьмёт свои ну допустим 100 миллиампер, и все. Ток в цепи будет равен 100 миллиампер, и никто никуда не будет гореть. Другое дело, если возьмёшь километр светодиодной ленты и подключишь его к этому блоку питания, то ток там будет выше допустимого, и блок питания скорее всего перегреется и выйдет из строя. Запомните, именно потребитель определяет величину тока в цепи. Этот блок может выдать максимум 2 ампера, и когда я закорачиваю его на болтик, с болтиком ничего не происходит. А вот блоку питания это не нравится, он работает в экстремальных условиях. А вот если взять источник, способный выдать десятки ампер, такая ситуация не понравится уже болтику.

Давайте для примера произведём расчёт блока питания, который потребуется для питания известного отрезка светодиодной ленты. Итак, закупили мы у китайцев катушку светодиодной ленты и хотим запитать три метра этой самой ленты. Для начала идём на страницу товара и пытаемся найти, сколько ватт потребляет один метр ленты. Эту информацию я найти не смог, поэтому есть вот такая табличка. Смотрим, что у нас за лента. Диоды 5050, 60 штук на метр. И видим, что мощность составляет 14 ватт на метр. Я хочу 3 метра, значит мощность будет 42 ватта. Блок питания желательно брать с запасом на 30% по мощности, чтобы он не работал в критическом режиме. В итоге получаем 55 ватт. Ближайший подходящий блок питания будет на 60 ватт. Из формулы мощности выражаем силу тока и находим её, зная, что светодиоды работают при напряжении 12 вольт. Выходит, нам нужен блок с током 5 ампер. Заходим, например, на али, находим, покупаем.

Очень важно знать потребляемый ток при изготовлении всяких USB самоделок. Максимальный ток, который можно взять от USB, составляет 500 миллиампер, и его лучше не превышать.

И напоследок коротенько о технике безопасности. Здесь вы можете видеть, до каких значений электричество считается неопасным для жизни человека.

Основы электротехники Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление – это свойство проводника препятствовать свободному перемещению электронов, при протекании электрического тока.

Разные проводники обладают разным электрическим сопротивлением.

Сопротивление обозначают буквой R:

.

За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А. Единица сопротивления названа омом (Ом).

Причиной сопротивления является то, что электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки, при этом усиливается беспорядочное движение электронов, что мешает их упорядоченному движению.

Чем длиннее проводник, тем с большим числом ионов взаимодействует на своём пути электрон, тем соответственно больше его сопротивление R.

Понятно, что сопротивление должно зависеть от рода вещества проводника, так как сила взаимодействия между частицами у разных веществ различна.

Опытным путём было установлено, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала, из которого сделан проводник.

Зависимость сопротивления проводника от материала характеризуется величиной, называемой удельным сопротивлением вещества.

Удельным сопротивлением вещества называется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Удельное сопротивление обозначается буквой ρ.

Если l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения, тогда сопротивление проводника выражается формулой:

.

Единица измерения удельного сопротивления вещества – 1 Ом•м. Часто используют такую единицу, как , так как площадь поперечного сечения проводника удобно выражать в квадратных миллиметрах.

Электрический ток

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Для того чтобы существовал электрический ток, необходимо наличие:

1. свободных носителей электрических зарядов;

2. электрического поля.

Носителями электрического заряда обычно являются свободные электроны и ионы. За на правление тока условно принято направление движения, противоположное движению носителей отрицательных зарядов. На практике в электрических цепях ток всегда направлен от «+» к «-» источника. Силой тока называется величина, равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с:

.

Единица силы тока называется ампер (А). По определению понятия силы тока, при которой через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит заряд в 1 кулон.

Если сила тока в проводнике постоянна по величине и направлению, то ток называется постоянным. Если же величина силы тока и его направление изменяются, то такой ток называют переменным.

Различные действия электрического тока, такие, как нагревание проводника, магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Но для того, чтобы получить возможность управлять током в цепи, нужно знать, от чего и как он зависит. Такая зависимость была установлена экспериментально Георгом Омом в 1827 году. Закон Ома формулируется следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

от чего зависит сопротивление проводника, формулы для расчета

Одним из физических свойств вещества является способность проводить электрический ток. Электропроводимость (сопротивление проводника) зависит от некоторых факторов: длины электрической цепи, особенностей строения, наличия свободных электронов, температуры, тока, напряжения, материала и площади поперечного сечения.

Физический смысл сопротивления

Протекание электрического тока через проводник приводит к направленному движению свободных электронов. Наличие свободных электронов зависит от самого вещества и берется из таблицы Д. И. Менделеева , а именно из электронной конфигурации элемента. Электроны начинают ударяться о кристаллическую решетку элемента и передают энергию последней. В этом случае возникает тепловой эффект при действии тока на проводник.

При этом взаимодействии они замедляются, но затем под действием электрического поля, которое их ускоряет, начинают двигаться с той же скоростью. Электроны сталкиваются огромное количество раз. Этот процесс и называется сопротивлением проводника.

Следовательно, электрическим сопротивлением проводника считается физическая величина, характеризующая отношение напряжения к силе тока.

Что такое электрическое сопротивление: величина, указывающая на свойство физического тела преобразовывать энергию электрическую в тепловую, благодаря взаимодействию энергии электронов с кристаллической решеткой вещества. По характеру проводимости различаются:

1. Проводники (способны проводить электрический ток, так как присутствуют свободные электроны).
2. Полупроводники (могут проводить электрический ток, но при определенных условиях).
3. Диэлектрики или изоляторы (обладают огромным сопротивлением, отсутствуют свободные электроны, что делает их неспособными проводить ток).

Обозначается эта характеристика буквой R и измеряется в Омах (Ом). Применение этих групп веществ является очень значимым для разработки электрических принципиальных схем приборов.

Для полного понимания зависимости R от чего-либо нужно обратить особое внимание на расчет этой величины.

Расчет электрической проводимости

Для расчета R проводника применяется закон Ома, который гласит: сила тока (I) прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению.

Формула нахождения характеристики проводимости материала R (следствие из закона Ома для участка цепи): R = U / I.

Для полного участка цепи эта формула принимает следующий вид: R = (U / I) — Rвн, где Rвн — внутреннее R источника питания.

Зависимость проводимости материала

Способность проводника к пропусканию электрического тока зависит от многих факторов: напряжения, тока, длины, площади поперечного сечения и материала проводника, а также от температуры окружающей среды.

В электротехнике для произведения расчетов и изготовления резисторов учитывается и геометрическая составляющая проводника.

От чего зависит сопротивление: от длины проводника — l, удельного сопротивления — p и от площади сечения (с радиусом r) — S = Пи * r * r.

Формула R проводника: R = p * l / S.

Из формулы видно, от чего зависит удельное сопротивление проводника: R, l, S. Нет необходимости его таким способом рассчитывать, потому что есть способ намного лучше. Удельное сопротивление можно найти в соответствующих справочниках для каждого типа проводника (p — это физическая величина равная R материала длиною в 1 метр и площадью сечения равной 1 м².

Однако этой формулы мало для точного расчета резистора, поэтому используют зависимость от температуры.

Влияние температуры окружающей среды

Доказано, что каждое вещество обладает удельным сопротивлением, зависящим от температуры.

Для демонстрации это можно произвести следующий опыт. Возьмите спираль из нихрома или любого проводника (обозначена на схеме в виде резистора), источник питания и обычный амперметр (его можно заменить на лампу накаливания). Соберите цепь согласно схеме 1.

Схема 1 — Электрическая цепь для проведения опыта

Необходимо запитать потребитель и внимательно следить за показаниями амперметра. Далее следует нагревать R, не отключая, и показания амперметра начнут падать при росте температуры. Прослеживается зависимость по закону Ома для участка цепи: I = U / R. В данном случае внутренним сопротивлением источника питания можно пренебречь: это не отразится на демонстрации зависимости R от температуры. Отсюда следует, что зависимость R от температуры присутствует.

Физический смысл роста значения R обусловлен влиянием температуры на амплитуду колебаний (увеличение) ионов в кристаллической решетке. В результате этого электроны чаще сталкиваются и это вызывает рост R.

Согласно формуле: R = p * l / S, находим показатель, который зависит от температуры (S и l — не зависят от температуры). Остается p проводника. Исходя из это получается формула зависимости от температуры: (R — Ro) / R = a * t, где Ro при температуре 0 градусов по Цельсию, t — температура окружающей среды и a — коэффициент пропорциональности (температурный коэффициент).

Для металлов «a» всегда больше нуля, а для растворов электролитов температурный коэффициент меньше 0.

Формула нахождения p, применяемая при расчетах: p = (1 + a * t) * po, где ро — удельное значение сопротивления, взятое из справочника для конкретного проводника. В этом случае температурный коэффициент можно считать постоянным. Зависимость мощности (P) от R вытекает из формулы мощности: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Удельное значение сопротивления еще зависит и от деформаций материала, при котором нарушается кристаллическая решетка.

Деформация и удельное сопротивление

При обработке металла в холодной среде при некотором давлении происходит пластическая деформация. При этом кристаллическая решетка искажается и растет R течения электронов. В этом случае удельное сопротивление также увеличивается. Этот процесс является обратимым и называется рекристаллическим отжигом, благодаря которому часть дефектов уменьшается.

При действии на металл сил растяжения и сжатия последний подвергается деформациям, которые называются упругими. Удельное сопротивление уменьшается при сжатии, так как происходит уменьшение амплитуды тепловых колебаний. Направленным заряженным частицам становится легче двигаться. При растяжении удельное сопротивление увеличивается из-за роста амплитуды тепловых колебаний.

Еще одним фактором, влияющим на проводимость, является вид тока, проходящего по проводнику.

Цепи переменного тока

Сопротивление в сетях с переменным током ведет себя несколько иначе, ведь закон Ома применим только для схем с постоянным напряжением. Следовательно, расчеты следует производить иначе.

Полное сопротивление обозначается буквой Z и состоит из алгебраической суммы активного, емкостного и индуктивного сопротивлений.

При подключении активного R в цепь переменного тока под воздействием разницы потенциалов начинает течь ток синусоидального вида. В этом случае формула выглядит: Iм = Uм / R, где Iм и Uм — амплитудные значения силы тока и напряжения. Формула сопротивления принимает следующий вид: Iм = Uм / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Пи * r * r).

Емкостное сопротивление (Xc) обусловлено наличием в схемах конденсаторов. Необходимо отметить, что через конденсаторы проходит переменный ток и, следовательно, он выступает в роли проводника с емкостью.

Вычисляется Xc следующим образом: Xc = 1 / (w * C), где w — угловая частота и C — емкость конденсатора или группы конденсаторов. Угловая частота определяется следующим образом:

1. Измеряется частота переменного тока (как правило, 50 Гц).
2. Умножается на 6,283.

Индуктивное сопротивление (Xl) — подразумевает наличие индуктивности в схеме (дроссель, реле, контур, трансформатор и так далее). Рассчитывается следующим образом: Xl = wL, где L — индуктивность и w — угловая частота. Для расчета индуктивности необходимо воспользоваться специализированными онлайн-калькуляторами или справочником по физике. Итак, все величины рассчитаны по формулам и остается всего лишь записать Z: Z * Z = R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl).

Для определения окончательного значения необходимо извлечь квадратный корень из выражения: R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl). Из формул следует, что частота переменного тока играет большую роль, например, в схеме одного и того же исполнения при повышении частоты увеличивается и ее Z. Необходимо добавить, что в цепях с переменным напряжением Z зависит от таких показателей:

1. Длины проводника.
2. Площади сечения — S.
3. Температуры.
4. Типа материала.
5. Емкости.
6. Индуктивности.
7. Частоты.

Следовательно и закон Ома для участка цепи имеет совершенно другой вид: I = U / Z. Меняется и закон для полной цепи.

Измерение электрической проводимости

Расчеты сопротивлений требуют определенного количества времени, поэтому для измерений их величин применяются специальные электроизмерительные приборы, которые называются омметрами. Измерительный прибор состоит из стрелочного индикатора, к которому последовательно включен источник питания.

Измеряют R все комбинированные приборы, такие как тестеры и мультиметры. Обособленные приборы для измерения только этой характеристики применяются крайне редко (мегаомметр для проверки изоляции силового кабеля).

Прибор применяется для прозвонки электрических цепей на предмет повреждения и исправности радиодеталей, а также для прозвонки изоляции кабелей.

При измерении R необходимо полностью обесточить участок цепи во избежание выхода прибора из строя. Для это необходимо предпринять следующие меры предосторожности:

1. Вытянуть вилку из сети.
2. Включить прибор, при этом произойдет разрядка конденсаторов.
3. Приступить к измерению или прозвонке.
4. Установить переключатель в режим измерения сопротивления.
5. Закоротить щупы прибора, чтобы удостовериться в его работоспособности (покажет очень малое сопротивление).
6. Измерить необходимый участок.

В дорогих мультиметрах есть функция прозвонки цепи, дублируемая звуковым сигналом, благодаря чему нет необходимости смотреть на табло прибора.

Таким образом, электрическое сопротивление играет важную роль в электротехнике. Оно зависит в постоянных цепях от температуры, силы тока, длины, типа материала и площади поперечного сечения проводника. В цепях переменного тока эта зависимость дополняется такими величинами, как частота, емкость и индуктивность. Благодаря этой зависимости существует возможность изменять характеристики электричества: напряжение и силу тока. Для измерений величины сопротивления применяются омметры, которые используются также и при выявлении неполадок проводки, прозвонки различных цепей и радиодеталей.

Электрическое сопротивление: что это такое? (Символ, формула, сопротивление переменному току и постоянному току)

Что такое электрическое сопротивление?

Сопротивление (также известное как омическое сопротивление или электрическое сопротивление) — это мера сопротивления току, протекающему в электрической цепи. Сопротивление измеряется в омах и обозначается греческой буквой омега (Ом).

Чем больше сопротивление, тем больше барьер против прохождения тока.

Когда к проводнику прикладывается разность потенциалов, начинает течь ток или начинают двигаться свободные электроны.При движении свободные электроны сталкиваются с атомами и молекулами проводника.

Из-за столкновения или препятствия скорость потока электронов или электрического тока ограничена. Следовательно, мы можем сказать, что существует некоторая оппозиция потоку электронов или току. Таким образом, это сопротивление, оказываемое веществом потоку электрического тока, называется сопротивлением.

Установлено, что сопротивление проводящего материала —

• прямо пропорционально длине материала
• обратно пропорционально площади поперечного сечения материала
• зависит от природы материала
• Зависит от температура

Математически сопротивление проводящего материала может быть выражено как,

Где R = сопротивление проводника

= длина проводника

a = площадь поперечного сечения проводника

= константа пропорциональности материала, известная как удельное сопротивление или удельное сопротивление материала

Определение сопротивления 1 Ом

Если потенциал в 1 вольт приложен к двум выводам проводника и если через него протекает ток в 1 ампер считается, что сопротивление этого проводника равно одному Ом.

Что такое электрическое сопротивление, измеренное в (единицах)?

Электрическое сопротивление измеряется в (единица СИ для резистора) Ом, и его представляет Ω. Единица ом (Ом) названа в честь великого немецкого физика и математика Георга Симона Ома.

В системе СИ ом равен 1 вольту на ампер. Таким образом,

Следовательно, сопротивление также измеряется в вольтах на ампер.

Резисторы производятся и имеют широкий диапазон номиналов.Единица измерения Ом обычно используется для умеренных значений сопротивления, но большие и малые значения сопротивления могут быть выражены в миллиомах, килоомах, мегаомах и т. Д.

Следовательно, производные единицы резисторов сделаны в соответствии с их значениями, как показано в таблице. Полученные единицы резисторов

Символ электрического сопротивления

Для определения электрического сопротивления используются два символа основных цепей.

Наиболее распространенным обозначением резистора является зигзагообразная линия, которая широко используется в Северной Америке.Другой символ цепи для резистора — это небольшой прямоугольник, широко используемый в Европе и Азии, называемый международным символом резистора.

Условное обозначение резисторов показано на рисунке ниже.

Формула электрического сопротивления

Основная формула для определения сопротивления:

1. Связь между сопротивлением, напряжением и током (закон Ома)
2. Связь между сопротивлением, мощностью и напряжением
3. Связь между сопротивлением, мощностью и Текущий

Эти отношения суммированы на изображении ниже.

Формула сопротивления 1 (закон Ома)

По закону Ома

Таким образом, сопротивление представляет собой соотношение напряжения питания и тока.

Пример

Как показано на схеме ниже, напряжение питания составляет 24 В, а ток, протекающий через неизвестное сопротивление, равен 2 А. Определите неизвестное значение сопротивления.

Решение:

Заданные данные:

Согласно закону Ома,

Таким образом, мы получаем неизвестное значение сопротивления, используя уравнение.

Формула сопротивления 2 (мощность и напряжение)

Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока.

Теперь, подставив в приведенное выше уравнение, мы получим:

Таким образом, мы получаем сопротивление — это отношение квадрата напряжения питания и мощности. Математически

Пример

Как показано на схеме ниже, напряжение питания 24 В подается на лампу 48 Вт, определите сопротивление лампы 48 Вт.

Решение:

Приведенные данные:

Согласно формуле,

Таким образом, мы получаем сопротивление лампы 48 Вт, используя уравнение.

Формула сопротивления 3 (мощность и ток)

Мы знаем, что,

Подставив в вышеприведенное уравнение, мы получаем,

Таким образом, мы получаем сопротивление — это соотношение мощности и квадрата тока. Математически

Пример

Как показано на схеме ниже, ток, протекающий через лампу мощностью 20 Вт, составляет 2 А.Определяет сопротивление лампы мощностью 20 Вт.

Решение:

Приведенные данные:

Согласно формуле,

Таким образом, мы получаем сопротивление, предлагаемое лампой 20 Вт, используя уравнение.

Разница между сопротивлением переменного и постоянного тока

Существует разница между сопротивлением переменного и постоянного тока. Обсудим это вкратце.

Сопротивление переменному току

Общее сопротивление (включая сопротивление, индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление) в цепях переменного тока называется импедансом.Следовательно, сопротивление переменному току также называют импедансом.

Сопротивление = Импеданс, т.е.

Следующая формула дает значение сопротивления переменного тока или импеданса цепей переменного тока,

Сопротивление постоянному току

Величина постоянного тока постоянна, то есть в цепях постоянного тока нет частоты ; следовательно, емкостное и индуктивное сопротивление в цепях постоянного тока равны нулю.

Следовательно, только значение сопротивления проводника или провода играет важную роль при воздействии постоянного тока.

Таким образом, по закону Ома можно рассчитать значение сопротивления постоянному току.

Что больше сопротивления переменному или постоянному току?

В цепях постоянного тока отсутствует скин-эффект, поскольку частота источника постоянного тока равна нулю. Следовательно, сопротивление переменному току больше по сравнению с сопротивлением постоянному току из-за кожных эффектов.

Обычно значение сопротивления переменному току в 1,6 раза превышает значение сопротивления постоянному току.

Электрическое сопротивление, нагрев и температура

Электрическое сопротивление и нагрев

Когда электрический ток (т.е.е., поток свободных электронов) проходит через проводник, между движущимися электронами и молекулами проводника возникает некоторое «трение». Это трение называется электрическим сопротивлением.

Таким образом, электрическая энергия, подводимая к проводнику, преобразуется в тепло из-за трения или электрического сопротивления. Это известно как нагревательный эффект электрического тока, вызванный электрическим сопротивлением.

Например, если I ампер протекает через проводник с сопротивлением R Ом в течение t секунд, подаваемая электрическая энергия составляет I ² Rt джоулей.Эта энергия преобразуется в тепло.

Таким образом,

Этот эффект нагрева используется для производства многих нагревательных электрических приборов, таких как электрический нагреватель, электрический тостер, электрический чайник, электрический утюг, паяльник и т.д. , т.е. когда электрический ток протекает через высокое сопротивление (называемое нагревательным элементом), он, таким образом, производит необходимое тепло.

Один из наиболее часто используемых сплавов никеля и хрома, называемый нихромом, имеет сопротивление, более чем в 50 раз превышающее сопротивление меди.

Влияние температуры на электрическое сопротивление

На сопротивление всех материалов влияет изменение температуры. Эффект от изменения температуры различается в зависимости от материала.

Металлы

Электрическое сопротивление чистых металлов (например, меди, алюминия, серебра и т. Д.) Увеличивается с повышением температуры. Это увеличение сопротивления велико для нормального диапазона температур. Таким образом, металлы обладают положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Сплавы

Электрическое сопротивление сплавов (например, нихрома, манганина и т. Д.) Также увеличивается с повышением температуры. Это увеличение сопротивления нерегулярное и относительно небольшое. Таким образом, сплавы имеют низкое значение положительного температурного коэффициента сопротивления.

Полупроводники, изоляторы и электролиты

Электрическое сопротивление полупроводников, изоляторов и электролитов уменьшается с повышением температуры. При повышении температуры создается много свободных электронов.Итак, происходит падение значения электрического сопротивления. Таким образом, такой материал имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Общие вопросы о сопротивлении

Электрическое сопротивление человеческого тела

Сопротивление кожи человеческого тела высокое, но внутреннее сопротивление тела низкое. Когда человеческое тело сухое, его среднее эффективное сопротивление велико, а во влажном — сопротивление существенно снижается.

В сухих условиях эффективное сопротивление, обеспечиваемое человеческим телом, составляет 100 000 Ом, а во влажных условиях или при поврежденной коже сопротивление снижается до 1000 Ом.

Если электрическая энергия высокого напряжения попадает в кожу человека, она быстро разрушает человеческую кожу, и сопротивление, оказываемое телом, уменьшается до 500 Ом.

Электрическое сопротивление воздуха

Мы знаем, что электрическое сопротивление любого материала зависит от удельного сопротивления или удельного сопротивления этого материала. Удельное сопротивление или удельное сопротивление воздуха составляет около 20 ⁰ C.

Электрическое сопротивление воздуха является мерой способности воздуха противостоять электрическому току.Сопротивление воздуха возникает в результате столкновений передней поверхности объекта с молекулами воздуха. Двумя основными факторами, влияющими на величину сопротивления воздуха, являются скорость объекта и площадь его поперечного сечения.

Пробой или электрическая прочность воздуха составляет 21,1 кВ / см (среднеквадратичное значение) или 30 кВ / см (пиковое значение), что означает, что воздух обеспечивает электрическое сопротивление до 21,1 кВ / см (среднеквадратичное значение) или 30 кВ / см (пиковое значение). Если электростатическое напряжение в воздухе превышает 21,1 кВ / см (среднеквадратичное значение), происходит пробой воздуха; Таким образом, можно сказать, что сопротивление воздуха становится равным нулю.

Электрическое сопротивление воды

Удельное сопротивление или удельное сопротивление воды — это мера способности воды сопротивляться электрическому току, которая зависит от концентрации растворенных солей в воде.

Чистая вода имеет более высокое значение удельного сопротивления или удельного сопротивления, поскольку не содержит ионов. Когда соли растворяются в чистой воде, образуются свободные ионы. Эти ионы могут проводить электрический ток; следовательно сопротивление уменьшается.

Вода с высокой концентрацией растворенных солей будет иметь низкое удельное сопротивление или удельное сопротивление, и наоборот.В таблице ниже приведены значения удельного сопротивления для разных типов воды.

Дистиллированная 2 Вода 9325 Электрооборудование хороший дирижер; следовательно, он имеет низкое значение сопротивления.Естественное сопротивление, обеспечиваемое медью, известно как удельное сопротивление или удельное сопротивление меди.

Значение удельного сопротивления или удельного сопротивления меди составляет.

Что вы называете феноменом, когда электрическое сопротивление равно нулю?

Когда электрическое сопротивление равно нулю, это явление называется сверхпроводимостью.

Согласно закону Ома,

Если электрическое сопротивление, т.е. R = 0, то

Следовательно, бесконечный ток, протекающий через проводник, если сопротивление этого проводника равно нулю; это явление известно как сверхпроводимость.

Мы также можем сказать, что если электрическое сопротивление равно нулю, оно имеет бесконечную проводимость.

Как сопротивление влияет на сопротивление?

Как мы знаем, сопротивление проводящего материала может быть выражено как,

Где R = сопротивление проводника

= длина проводника

a = площадь поперечного сечения проводника

= константа пропорциональности материала, известная как удельное сопротивление или удельное сопротивление материала

Теперь, если тогда

Таким образом, удельное сопротивление или удельное сопротивление материала — это сопротивление, обеспечиваемое единицей длины и единицы площади поперечного сечения. материала.

Мы знаем, что каждый проводящий материал имеет разное значение удельного сопротивления или удельного сопротивления; таким образом, значение сопротивления зависит от длины и площади используемого проводящего материала.

Определение электрического сопротивления — Химический словарь

Что такое сопротивление?

Электрическое сопротивление — это противодействие протеканию тока в электрической цепи: сопротивление преобразует электрическую энергию в тепловую, и в этом отношении аналогично механическому трению.Считается, что сопротивления рассеивают электрическую энергию в виде тепла.

Источник сопротивления

Металлы можно рассматривать как решетку положительно заряженных ионов металлов, окруженную «морем» мобильных электронов, которые не связаны с каким-либо конкретным ядром металла. Эти электроны описываются как занимающие зону проводимости металла.

Когда разность потенциалов — другими словами, напряжение — прикладывается к металлу в цепи, это вызывает чистое движение электронов в зоне проводимости металла.

Движению электронов препятствует вибрация атомов в металлической решетке, из-за которой теряется часть электрической энергии электрического тока — это сопротивление. Поскольку колебания решетки увеличиваются при повышении температуры, сопротивление металлов также увеличивается при повышении температуры.

Проводники и изоляторы

Электрические проводники, например, металлы, имеют низкое сопротивление. Идеальный проводник имел бы нулевое сопротивление.

Электрические изоляторы обладают очень высоким сопротивлением.Идеальный изолятор имел бы бесконечное сопротивление: он не будет рассеивать энергию, потому что через него не может протекать ток.

Нулевое сопротивление

При очень низких температурах сопротивление некоторых металлов и материалов падает до нуля: ток течет без рассеивания электрической энергии в виде тепла. Это явление называется сверхпроводимостью.

Закон Ома

Для многих материалов электрическое сопротивление R определяется законом Ома:

R = V / I

где V — напряжение в вольтах, I — ток в амперах.Единицей измерения сопротивления является ом, символ Ω.

Например, если на устройство подается напряжение 9,0 В, а измеренный ток составляет 2,0 А, тогда значение сопротивления составляет 4,5 Ом.

Материалы, которые подчиняются закону Ома, называются омическими резисторами. Как правило, металлы являются омическими резисторами, а металлоидные полупроводники — нет.

Использование сопротивления

В реальном мире электрическое сопротивление можно использовать в потребительских устройствах, таких как чайники, электрические тостеры и погружные нагреватели, для преобразования электрической энергии в тепло.

Выходная электрическая мощность резистора определяется умножением (проходящего через него тока) на x (напряжения на нем).

P = I V

где P — мощность в ваттах, I — ток в амперах, а V — напряжение в вольтах.

Сопротивление и импеданс

Сопротивление идеального резистора не зависит от частоты электричества. Если отношение напряжения к току изменяется с частотой, то противодействие току описывается как импеданс, а не как сопротивление.

Сопротивление, электрическое | IOPSpark

Электрическое сопротивление

Электричество и магнетизм

Сопротивление электрическое

Глоссарий Определение для 16-19

Описание

Электрическое сопротивление компонента в электрической цепи — это свойство, которое описывает, как электрический ток в компоненте связан с разностью электрических потенциалов (напряжением) на нем.Чем больше сопротивление, тем меньше ток для данной разности потенциалов и тем больше разность потенциалов для заданного тока.

Электрическое сопротивление обычно обозначается символом R .

Электрическое сопротивление для некоторого компонента определяется уравнением

R = В I

, где В, — это разность электрических потенциалов на компоненте, а I — соответствующий электрический ток.

Обсуждение

Сопротивление и закон Ома
Для компонента, который подчиняется закону Ома, электрический ток, I , в компоненте прямо пропорционален разности потенциалов, В на нем, при условии, что температура компонента и другие физические условия сохраняются. постоянный. График V против I или I против V , тогда будет прямой линией, проходящей через начало координат. Компонент имеет такое характерное поведение и характеристический график, потому что его сопротивление не изменяется при изменении тока.

Закон Ома — это не закон физики. Это наблюдение и формализация поведения некоторых материалов. Таким образом, это полезный способ отличить «омические проводники» (те, которые подчиняются закону Ома) от «неомических».

Если компонент не подчиняется закону Ома, график не будет прямой линией. Его сопротивление изменяется при изменении силы тока.

В обоих случаях (омическое и неомическое поведение) сопротивление компонента при любом заданном значении тока или разности потенциалов можно вычислить из определения сопротивления:

R = V I

Рис. 1. Ток I протекает в образце материала в электрической цепи.Разность потенциалов на образце составляет В .

Сопротивление и температура
На сопротивление влияет температура, см. Удельное электрическое сопротивление.

Сопротивление изготовленных резисторов обычно указывается для определенной температуры. Также часто указывается максимальная рабочая мощность, выше которой результирующее повышение температуры значительно изменяет сопротивление компонента.

Сопротивление и проводимость
Электрическое сопротивление обратно пропорционально электрической проводимости.

Единица СИ

Ом, Ом

Выражается в базовых единицах СИ

кг м ² с ^-3 A ^-2

Математические выражения

• R = V I

  , где V — это разность электрических потенциалов на компоненте с сопротивлением R и I — соответствующим током.

• P & равно; V I & равно; I ² R & равно; V ² R

  где P — мощность, рассеиваемая в компоненте с сопротивлением R , V — это разность электрических потенциалов на нем, а I — ток.

• R = ρ L A

  где R — сопротивление образца материала длиной L , равномерной площадью поперечного сечения A и удельным сопротивлением ρ.

Связанные записи

• Электропроводность, электрическая
• Электропроводность, электрическая
• Ток электрический
• Emf
• Разность потенциалов, электрическая
• Мощность
• Электрическое сопротивление
• Напряжение

В контексте

Компоненты схемы имеют огромный диапазон сопротивлений.Поставщики компонентов для электронных схем обычно продают резисторы от нескольких Ом до нескольких МОм. Нагревательный элемент электрического чайника, рассчитанный на мощность около 1 кВт при подключении к сети 230 В, имеет сопротивление около 50 Ом. Лампа фонаря, предназначенная для использования с батареей 3 В, при использовании имеет сопротивление около 10 Ом.

Соединительные провода в цепи обычно считаются имеющими незначительное сопротивление, поскольку их сопротивление очень мало по сравнению с сопротивлением других компонентов в цепи.Например, медный провод длиной 0,1 м и диаметром 0,5 мм имеет сопротивление около 0,01 Ом. Изоляторы, такие как покрытия электрических выводов, обычно считаются имеющими бесконечное сопротивление, поскольку их сопротивления намного больше, чем у других элементов в цепи. В целях электробезопасности сопротивление между цепью под напряжением (предназначенной для работы от источника питания 230 Ом в Великобритании) и землей рядом с местом нахождения устройства должно быть не менее 25 МОм.

Сопротивление | электроника | Britannica

Узнайте, как сопротивление влияет на поток электронов в электрической цепи

В каждой электрической цепи есть некоторое сопротивление потоку электрического тока, даже в материалах, которые являются хорошими проводниками.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Сопротивление , в электричестве, свойство электрической цепи или части цепи, которая преобразует электрическую энергию в тепловую энергию в противодействии электрическому току. Сопротивление включает столкновения заряженных частиц с током с неподвижными частицами, составляющими структуру проводников. Сопротивление часто считается локализованным в таких устройствах, как лампы, нагреватели и резисторы, в которых оно преобладает, хотя оно характерно для каждой части цепи, включая соединительные провода и линии электропередачи.

Рассеяние электрической энергии в виде тепла, даже если оно небольшое, влияет на величину электродвижущей силы или напряжения возбуждения, необходимого для создания заданного тока в цепи. Фактически, электродвижущая сила В (измеренная в вольтах) в цепи, деленная на ток I (амперы) через эту цепь, количественно определяет величину электрического сопротивления R. Точнее, R = V / I. Таким образом, если 12-вольтовая батарея постоянно пропускает двухамперный ток по длине провода, этот провод имеет сопротивление шесть вольт на ампер или шесть Ом.Ом — это общепринятая единица электрического сопротивления, эквивалентная одному вольту на ампер и обозначаемая заглавной греческой буквой омега (Ом). Сопротивление провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Сопротивление также зависит от материала проводника. См. Удельное сопротивление .

Сопротивление проводника или элемента схемы обычно увеличивается с повышением температуры. При охлаждении до крайне низких температур некоторые проводники имеют нулевое сопротивление.В этих веществах, называемых сверхпроводниками, продолжают течь токи после снятия приложенной электродвижущей силы.

Величина, обратная сопротивлению, 1/ R, называется проводимостью и выражается в единицах обратного сопротивления, называемых mho.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Электрическое сопротивление — обзор

1.3.3 Термометры сопротивления (XBT)

Поскольку электрическое сопротивление металлов и других материалов изменяется в зависимости от температуры, эти материалы можно использовать в качестве датчиков температуры.Сопротивление (R) большинства металлов зависит от температуры ( T ) и может быть выражено как полином

(1,4) R = R0 (1 + aT + bT2 + cT3 +…)

, где a , b и c — константы, а R ₀ — сопротивление при T = 0 ° C. На практике обычно предполагается, что реакция линейна в некотором ограниченном диапазоне температур, а пропорциональность может быть задана значением коэффициента a (называемого коэффициентом температурного сопротивления).Наиболее часто используемые металлы — это медь, платина и никель, которые имеют температурные коэффициенты a , равные 0,0043, 0,0039 и 0,0066 / ° C соответственно. Из них медь имеет наиболее линейный отклик, но ее сопротивление низкое, поэтому для теплового элемента потребуется много витков тонкой проволоки и, следовательно, его производство будет дорогостоящим. Никель обладает очень высоким сопротивлением, но резко отклоняется от линейности. Платина, имеющая относительно высокий уровень сопротивления, очень стабильна и имеет относительно линейное поведение.По этим причинам платиновые термометры сопротивления стали стандартом, по которому определяется международная шкала температуры. Платиновые термометры также широко используются в качестве лабораторных калибровочных стандартов и имеют точность 0,001 ° C.

Полупроводники образуют еще один класс резистивных материалов, используемых для измерения температуры. Это смеси оксидов металлов, таких как никель, кобальт и марганец, которые формуются при высоком давлении с последующим спеканием (т.е. нагреванием до начала плавления).Типы полупроводников, используемых для океанографических измерений, обычно называют термисторами. Эти термисторы обладают следующими преимуществами: (1) коэффициент температурного сопротивления -0,05 / ° C примерно в 10 раз больше, чем у меди; и (2) термисторы могут быть изготовлены с высоким сопротивлением для очень малых физических размеров.

Температурный коэффициент термисторов отрицательный, что означает, что сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Этот температурный коэффициент не является постоянным, за исключением очень малых температурных диапазонов; следовательно, изменение сопротивления с температурой не является линейным.Вместо этого связь между сопротивлением и температурой определяется выражением

(1,5) R (T) = R0exp [β (T − 1 − T0−1)]

, где R ₀ = R ( T ₀ ) — условный температурный коэффициент сопротивления, T и T ₀ — абсолютные температуры (K) с соответствующими значениями сопротивления R ( T ) и R ₀ , а константа β определяется энергией, необходимой для генерации и перемещения носителей заряда, ответственных за электрическую проводимость.(По мере увеличения β материал становится более проводящим.) Таким образом, мы имеем соотношение, в соответствии с которым температура T может быть вычислена из измерения сопротивления R ( T ).

Термисторы чаще всего используются в океанографии в XBT. XBT был разработан, чтобы обеспечить устройство для профилирования температуры в верхних слоях океана, которое работало во время движения корабля. Ключевым событием стала концепция измерения глубины с использованием затраченного времени для известной скорости падения «свободно падающего» зонда.Для обеспечения «свободного падения», независимо от движения корабля, кабель передачи данных изготовлен из тонкой медной проволоки с катушками подачи как в датчике, так и в спусковом контейнере (рис. 1.5). Детали возможности измерения глубины с помощью XBT будут обсуждаться и оцениваться в разделе, посвященном измерениям глубины / давления.

РИСУНОК 1.5. Покомпонентное изображение XBT Sippican Oceanographic, Inc., показывающее катушку и канистру. XBT, Раздвижной батитермограф.

В датчиках XBT используется термистор, помещенный в носик датчика в качестве чувствительного к температуре элемента.По данным производителя (Sippican Corp .; Марион, Массачусетс, США), точность этой системы составляет ± 0,1 ° C. Этот показатель определяется из характеристик партии полупроводникового материала, который имеет известные температурно-резистивные ( R – T ) свойства. Чтобы обеспечить заданное сопротивление при стандартной температуре, отдельные термисторы прецизионно заземлены, а термисторы зонда XBT заземлены таким образом, чтобы обеспечить сопротивление 5000 Ом (здесь Ω — символ единицы Ом) при 25 ° C (Георги и др., 1980). Если основной источник изменчивости XBT от датчика к датчику можно отнести к неточному измельчению, то калибровки по одной точке должно быть достаточно, чтобы уменьшить эту изменчивость в результирующих температурах. Такая калибровка была проведена Георгием и др. (1980) как в море, так и в лаборатории.

Чтобы оценить влияние случайных ошибок на процедуру калибровки, 12 датчиков были откалиброваны повторно. Средняя разница между измеренной температурой и температурой ванны составила ± 0,045 ° C со стандартным отклонением 0.01 ° С. Для общего калибровочного сравнения было исследовано 18 случаев зондов (12 зондов в коробке). Шесть ящиков T7 (пригодных для 800 м и скорости судна до 30 узлов) и два ящика T6 (пригодных для 500 м и менее 15 узлов) были недавно закуплены у Sippican, а оставшиеся 10 ящиков T4 (пригодны для 500 м до 30 узлов) были получены из большого пула зондов XBT, изготовленных в 1970 году для ВМС США. Общее среднее стандартное отклонение для датчиков составляло 0,023 ° C, которое затем снижается до 0.021 ° C, если принять во внимание вариативность, присущую процедуре калибровки.

Было проведено отдельное исследование взаимосвязи R – T путем изучения характеристик отклика для девяти зондов. Был сделан вывод о том, что различия R – T находились в диапазоне от +0,011 ° C до -0,014 ° C, что означает, что измеренные зависимости находились в пределах ± 0,014 ° C от опубликованной зависимости и что расчет новых коэффициентов после Стейнхарта и Hart (1968), не оправдан.Более того, окончательные выводы Георгия и др. (1980) предполагают, что общая точность термисторов XBT составляет ± 0,06 ° C при уровне достоверности 95%, и что согласованность между термисторами достаточно высока, поэтому калибровка отдельного датчика не требуется для этого уровня точности.

Еще один метод оценки производительности системы XBT — это сравнение температурных профилей XBT с профилями, снятыми одновременно с профилировщиком с более высокой точностью, таким как система CTD. Такие сравнения обсуждаются Heinmiller et al.(1983) для данных, собранных как в Атлантическом, так и в Тихом океане с использованием откалиброванных систем CTD. В этих сравнениях всегда возникает проблема достижения истинной синоптики при сборе данных, поскольку зонд XBT падает намного быстрее, чем рекомендуемая скорость падения около 1 м / с для зонда CTD. Большинство более ранних сравнений между профилями XBT и CTD (Flierl, Robinson, 1977; Seaver, Kuleshov, 1982) проводилось с использованием профилей температуры XBT, собранных между станциями CTD, расположенными на расстоянии 30 км.Для целей взаимного сравнения профили XBT и CTD лучше собирать как можно одновременно.

Основная ошибка, обсуждаемая Heinmiller et al. (1983) заключается в измерении глубины, а не температуры. Однако наблюдались значительные различия между температурами, измеренными на глубинах, где вертикальный градиент температуры был небольшим, а ошибка глубины не должна вносить значительный вклад. Здесь было обнаружено, что температуры XBT были систематически выше, чем зарегистрированные CTD.Сравнения образцов были разделены по типу зонда и эксперименту. Зонды T4 (как определено выше) дали среднюю разницу XBT – CTD около 0,19 ° C, в то время как T7s (определенные выше) имели более низкую среднюю разницу температур 0,13 ° C. Соответствующие стандартные отклонения разницы температур составляли 0,23 ° C для T4s и 0,11 ° C для T7s. Взятые вместе, эти статистические данные показывают, что точность XBT меньше ± 0,1 ° C, указанной производителем, и намного меньше 0,06 ° C, указанной Георги и др.(1980) по их калибровкам.

Из этих расходящихся результатов трудно решить, где находится истинная точность измерения температуры XBT. Поскольку Heinmiller et al. (1983) сравнения были сделаны на месте, есть много источников ошибок, которые могут способствовать большей разнице температур. Несмотря на то, что большинство CTD-слепков было выполнено с помощью откалиброванных инструментов, ошибки в операционных процедурах во время сбора и архивирования могут добавить значительные ошибки к полученным данным. Кроме того, нелегко найти участки температурных профилей без вертикального градиента температуры, и поэтому трудно игнорировать влияние ошибки измерения глубины на температурный след.Кажется справедливым сделать вывод, что лабораторные калибровки представляют идеальную точность, возможную с системой XBT (т.е. лучше, чем ± 0,1 ° C). Однако в полевых условиях следует ожидать других влияний, которые снизят точность измерений XBT, и общая точность, немного превышающая ± 0,1 ° C, возможно, вполне реальна. Некоторые из источников этих ошибок могут быть легко обнаружены, например, нарушение изоляции в медном проводе, которое приводит к одношаговым сдвигам в результирующем температурном профиле.Другими возможными источниками температурных ошибок являются помехи из-за судовой радиопередачи (которая проявляется как высокочастотный шум в вертикальном температурном профиле) или проблемы с системой регистрации. Будем надеяться, что эти проблемы будут обнаружены до того, как данные будут заархивированы в файлы исторических данных.

В заключение этого раздела отметим, что до недавнего времени большая часть данных XBT оцифровывалась вручную. Недостатком этой процедуры является то, что при записи на диаграммную бумагу не полностью реализуется потенциальная цифровая точность сенсорной системы, и что возможности для ошибок записи оператором значительны.Опять же, следует проявлять некоторую осторожность при исправлении этих больших ошибок, которые обычно возникают из-за неправильной записи вручную температуры, даты, времени или положения. Все более популярными становятся использование цифровых записывающих систем XBT, которые повышают точность записи и исключают возможность неправильного ввода температурной кривой. Такие системы описаны, например, в Stegen et al. (1975) и Эмери и др. (1986). Сегодня практически все исследовательские данные XBT собираются с помощью цифровых систем, в то время как аналоговые системы преимущественно используются различными международными военно-морскими силами.

Что означает электрическое сопротивление? | Глава 1 — Напряжение, ток, энергия и мощность

Различные материалы по-разному реагируют на напряжение. Если материал позволяет протекать значительному количеству тока даже при небольшом приложенном напряжении, мы называем его проводником . Если ток течет очень мало, даже когда приложенное напряжение велико, материал представляет собой изолятор .

Свойство, определяющее, сколько тока будет протекать в ответ на заданное напряжение, называется сопротивлением (обозначается R).Кусок провода, сделанный из металла с высокой проводимостью (например, меди), будет иметь низкое сопротивление, а кусок резиновой изоляции, окружающей провод, будет иметь высокое сопротивление.

Резистор

Один из самых распространенных электронных компонентов — резистор. Как следует из названия, эти устройства сопротивляются прохождению электрического тока. Резисторы играют очень важную роль в электрических цепях — не потому, что они просто сопротивляются току, а потому, что они противостоят ему точным и контролируемым образом.

Единицей измерения сопротивления резистора является Ом , обозначаемая символом Ω. Резистор с очень низким сопротивлением, например менее 1 Ом, можно рассматривать как проводник. Если сопротивление составляет десятки миллионов Ом, резистор будет работать как изолятор. Умеренные значения сопротивления, такие как 470 Ом или 10 000 Ом, на самом деле не подходят ни к категории проводника, ни к категории изолятора.

Серия

и параллельное соединение

Цепи часто содержат более одного резистора.Если резисторы подключены таким образом, что через них протекает одинаковый ток, они в серии . Например:

Рисунок 1. Резисторы, включенные последовательно.

Для расчета общего сопротивления, также известного как эквивалентное сопротивление , последовательно соединенных резисторов, вы просто складываете отдельные значения сопротивления. В этом примере эквивалентное сопротивление R1 + R2.

Когда резисторы подключены параллельно , они имеют одинаковое напряжение на своих двух выводах:

Рисунок 2.Резисторы подключены параллельно.

В этом случае вычислить эквивалентное сопротивление не так-то просто. Когда резисторов всего два, можно использовать формулу «произведение на сумму»:

Если параллельно подключено более двух резисторов, необходимо использовать следующее выражение:

Закон Ома

Следующая формула выражает соотношение между напряжением, током и сопротивлением:

Сокращенная форма:

Это называется законом Ома.Это основа базового анализа схем, постоянно используемая как студентами, так и профессионалами. В приведенной выше форме напряжение рассчитывается на основе силы тока и сопротивления, но при необходимости уравнение можно изменить:

или:

Если мы переведем эти три уравнения в слова, мы получим хорошее объяснение закона Ома:

• Если ток I протекает через компонент с сопротивлением R, напряжение на этом компоненте равно I, умноженному на R.
• Если напряжение V приложено к компоненту с сопротивлением R, результирующий ток, протекающий через этот компонент, будет V, деленный на R.
• Если падение напряжения компонента равно V и через него протекает ток I, сопротивление этого компонента делится на V, деленное на I.

Применение закона Ома

Давайте посмотрим на простой пример того, как можно использовать закон Ома для нахождения неизвестной величины. В этом случае мы будем искать текущий.

Рисунок 3.Простая схема, состоящая из батареи и двух последовательно соединенных резисторов.

Как видите, напряжение на паре резисторов известно (оно такое же, как напряжение батареи), и известны оба значения сопротивления. Мы хотим узнать, какой ток проходит через резисторы.

Первый шаг — вычислить эквивалентное сопротивление.

Для этой части анализа мы можем заменить исходную схему этой упрощенной версией:

Рисунок 4.Упрощенный вариант простой схемы.

Закон

Ома говорит нам, что ток через последовательно соединенные резисторы будет:

В этой схеме нет других путей тока, поэтому, если через резисторы протекает 1 А, 1 А также является полным током, подаваемым батареей.

Теперь рассчитаем падение напряжения на резисторах. Мы знаем, что напряжение равно току, умноженному на сопротивление, поэтому, даже если два резистора имеют одинаковый ток, падения напряжения будут разными, потому что сопротивления разные.

Мощность, рассеиваемая на резисторе

На предыдущей странице упоминался пример резистора, рассеивающего мощность (в виде тепла) в окружающую среду. Закон Ома позволяет нам рассчитать рассеиваемую мощность резистора, если мы знаем

• напряжение на резисторе и ток, протекающий через резистор, или
• напряжение на резисторе и его сопротивление, или
• ток, протекающий через резистор, и его сопротивление.

Первый из этих вариантов основан на формуле для электрической мощности, приведенной на предыдущей странице:

Или сокращенно:

Вторые два варианта являются результатом объединения этой формулы с законом Ома:

Давайте используем значения напряжения и тока для R1, чтобы убедиться, что все эти формулы дают одинаковый результат:

Если мы хотим узнать мощность, потребляемую всей схемой, мы можем сложить рассеиваемую мощность отдельных компонентов или умножить напряжение источника питания на ток, подаваемый от источника питания:

Резисторы и обзор закона Ома

Мы обсудили резистор, который является одним из наиболее важных электронных компонентов, и рассмотрели три различных способа расчета рассеиваемой мощности резистора.Мы также увидели, как закон Ома может помочь нам найти неизвестный ток, напряжение или сопротивление.

На следующей странице мы поговорим о номинальной мощности и о том, как они влияют на конструкцию схемы.

Электрическое сопротивление | Encyclopedia.com

Электрическое сопротивление провода или цепи — это сопротивление протеканию электрического тока. Объект, сделанный из хорошего электрического проводника, например медь, будет иметь низкое сопротивление по сравнению с идентичным объектом из плохого проводника.Хорошие изоляторы, такие как резиновые или стеклянные изоляторы, обладают высоким сопротивлением. Сопротивление измеряется в омах (Ом) и связано с током в цепи и напряжением в цепи по закону Ома, В = IR (где В, — напряжение, I — ток, а R — сопротивление, все в соответствующих единицах). Иногда желательно сопротивление, например, в электронных компонентах, называемых резисторами, которые имеют определенное сопротивление. С другой стороны, сопротивление иногда нежелательно, как в проводах, предназначенных для передачи сигналов или мощности от одной точки к другой.

Когда ток течет через объект с ненулевым сопротивлением, энергия рассеивается в виде тепла. Количество мощности (энергия в единицу времени) P , рассеиваемая сопротивлением R , несущим ток I, определяется как P = I ² R . Мощность рассеивается в виде тепла. Потери мощности из-за резистивного нагрева являются причиной того, почему протяженные линии электропередач спроектированы так, чтобы иметь минимально возможное сопротивление и работать при возможном высоком напряжении; по закону Ома высокое напряжение означает низкий ток, а по закону силы тока низкий ток означает низкое рассеивание мощности.

Сопротивление данного куска провода зависит от трех факторов: длины провода, площади поперечного сечения провода и удельного сопротивления материала, из которого он состоит. Чтобы понять, как это работает, представьте себе воду, текущую по шлангу. Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично току в проводе. Подобно тому, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстый провод может пропускать больше тока, чем тонкий. Для провода чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление; чем меньше площадь поперечного сечения, тем выше сопротивление.Теперь рассмотрим длину. По очень длинному шлангу труднее протекать воде просто потому, что она должна течь дальше. Точно так же току труднее проходить по более длинному проводу. Более длинный провод будет иметь большее сопротивление. Удельное сопротивление — это свойство материала в проводе, которое зависит от химического состава материала, но не от количества материала или формы (длины, площади поперечного сечения) материала. Медь имеет низкое удельное сопротивление, но сопротивление данной медной проволоки зависит от ее длины и площади.Замена медного провода на провод той же длины и площади, но с более высоким удельным сопротивлением приведет к более высокому сопротивлению.

Типы воды	Удельное сопротивление в Ом-м
Чистая вода	20,000,000
Морская вода	20-25
Дождевая вода	20,000
Речная вода	200
Питьевая вода	От 2 до 200
Деионизированная вода	180 000