Электрическое сопротивление

Направленному движению электрических зарядов в любом проводнике препятствуют молекулы и атомы этого проводника. Поэтому и внешний участок электрической цепи, и внутренний (внутри само­го источника энергии) оказывают препятствие прохождению тока.

 

Величина, характеризующая противодействие электрической цепи прохождению электрического тока, называется электрическим сопротивлением.

 

Электрическое сопротивление обозначается буквой R и изображается на электрических схемах так, как показано на рис. 4.

Единицей измерения сопротивления является ом. Электрическое сопротивление линейного проводника, в котором при неизменяющейся разности потенциалов в 1 В протекает ток силой в 1 А, равно 1 Ом:

 

 

При измерении больших сопротивлений используют единицы в 1000 (килоомы) и 1 млн раз (мегаомы) больше 1 Ом:

 

1 кОм = 1 ООО Ом

 

1 МОм = 1 ООО ООО Ом.

 

Для относительной оценки электрических свойств материала проводника служит его удельное сопротивление.

 

Удельное сопротивление — это сопротивление металлического проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения обозначается буквой измеряется в Ом*м или Ом* /м.

 

Рис.4.Условные графические изображения резисторов:

а)с постоянным сопротивлением б) с регулируемым сопротивлением.

 

Если проводник, изготовленный из материала с удельным сопротивлением р, имеет длину I, м, и площадь поперечного сечения S, то сопротивление R этого проводника, Ом, определяется по формуле.

Сопротивление проводников зависит от температуры. Сопротивление металлических проводников с повышением температуры увеличивается. Эта зависимость достаточносложная, но в относительно узких пределах изменения температуры (примерно

до 200 °С) можно считать, что для каждого металла существует определенный, так называемый температурный, коэффициент сопротивления а, который выражает прирост сопротивления проводника ДR при изменении температуры на 1 °С, отнесенный к 1 Ом начального сопротивления. Таким образом, температурный коэффициент сопротивления

При ростсопротивления

 

где — сопротивление проводника при температуре , ;— сопротивление того же проводника при температуре.

Способность проводника пропускать электрический ток характеризуется проводимостью, которая представляет собой величину, обратную сопротивлению, и обозначается буквой

 

Единицей измерения проводимости в СИ является 1/Ом (сименс). Таким образом,

 

Величина, обратная удельному сопротивлению материала проводника, называется удельной проводимостью и обозначается буквой. Таким образом, между удельным сопротивлением и удельной проводимостью материала имеет место следующее соотношение:

 

Пример 1. Проволока сечением 0,5 и длиной 40 м имеет сопротивление 18 Ом. Определить материал проводника.

 

Решение

Материал проводника характеризует его удельное электрическое сопротивление:

 

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. От каких параметров зависит удельное сопротивление металлического

проводника?

2. В каких единицах системы СИ измеряется электрическая проводимость?

3. Как зависит от длины кабеля электрическое сопротивление его жилы

и сопротивление изоляции?

4. Как изменяется сопротивление металлического проводника с увеличением температуры?

 

ЗАКОН ОМА

Немецкий физик Георг Ом (1787— 1854) экспериментально установил зависимость между электродвижущей силой (ЭДС) Е, сопротивлением R и током I в замкнутой электрической цепи (рис. 5).

 

Закон Ома формулируется следующим образом: сила тока в замкнутой электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущейсиле и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи.

Ток в цепи возникает под действием ЭДС Е. Чем больше ЭДС Е источника энергии, тем больше ток I в замкнутой цепи. Сопротивление цепи R препятствует прохождению тока, следовательно, чем больше сопротивление R цепи, тем меньше ток I.

Закон Ома можно выразить следующей формулой

 

 

или

 

где R — сопротивление внешней части цепи; — внутреннее сопротивление источника.В этих формулах ток выражен в амперах (А), ЭДС — в вольтах

(В), сопротивление — в омах (Ом).

 

 

 

Рис.5 Электрическая цепь к закону Ома

 

Сопротивление всей цепи (рис.5)

 

Из закона Ома для замкнутой цепи получим

 

где IR — падение напряжения в сопротивлении R, т. е. во внешней цепи, или напряжение на зажимах источника энергии (генератора); IRi — падение напряжения в сопротивлении R „ т. е. внутри источника энергии (генератора).

 

Запомните

Закон Ома справедлив не только для всей цепи, но и для любого ее участка: сила тока на участке электрической цепи равна напряжению на зажимах этого участка, деленному на его сопротивление:

Напряжение на участке цепи равно произведению силы тока на сопротивление этого участка, т. е. U= IR.

 

Для измерения силы тока в электрической цепи используют прибор амперметр, а для измерения напряжения — вольтметр.Для включения амперметра цепь тока разрывается и в месте разрыва концы проводов присоединяются к зажимам амперметра (см. рис. 5). Таким образом через прибор проходит весь измеряемый ток. Вольтметр подключают к началу и концу участка цепи; такое включение вольтметра называется параллельным (см. рис..5).

Вольтметр показывает падение напряжения на данном участке. Если вольтметр подключить к началу внешней цепи — положительному полюсу источника энергии и к концу внешней цепи — отрицательному полюсу источника энергии, то он покажет падение напряжения во всей внешней цепи, которое является в то же время

напряжением на зажимах источника энергии.

Из формулы 2 следует, что напряжение на зажимах источника электрической энергии (генератора).

 

При холостом ходе внешняя цепьразомкнута и тока в цепи нет, вследствие чего U = Е При замкнутой цепи напряжение не равно ЭДС и чем больше сила тока в цепи, тем больше напряжение отучается от ЭДС.

 

Если зажимы источника электрической энергии соединить проводником с сопротивлением, практически равным нулю, то формула 1для этого случая примет следующий вид:

 

 

 

Это выражение определяет наибольший ток, который может быть получен в цепи данного источника. Если сопротивление внешней электрической цепи практически равно нулю, то такой режим называется коротким замыканием.

Запомните

Возникновение короткого замыкания может привести к аварийному режиму в цепи.

Для источников с малым внутренним сопротивлением, например электрических генераторов и кислотных аккумуляторов, короткое замыкание весьма опасно. Короткое замыкание возникает достаточно часто, например, вследствие порчи изоляции проводов,соединяющих приемник с источником электрической энергии. Для защиты электротехнической аппаратуры от токов короткого замыкания применяют различные автоматические предохранительные устройства.

 

Пример 2. Электродвижущая сила Е гальванического элемента с внутренним сопротивлением , = 0,3 Ом равна 1,5 В и замкнута на сопротивление R = 2,7 Ом. Определить ток в цепи.

Решение

Сила тока в цепи по закону Ома

.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Зависимость между какими величинами устанавливает закон Ома для участка электрической цепи?

2. Как изменится ток в цепи, если напряжение увеличить в два раза?

3. Как определить сопротивление участка цепи, зная величину тока, проходящего через этот участок, и напряжение на нем?

4. Чем опасен режим короткого замыкания?