Всяко вещество има собствено съпротивление. Освен това съпротивлението ще зависи от температурата на проводника. Нека проверим това, като проведем следния експеримент.
Нека пропуснем ток през стоманена спирала. Във верига със спирала свързваме амперметър последователно. Ще покаже някаква стойност. Сега ще загреем спиралата в пламъка на газова горелка. Текущата стойност, показана от амперметъра, ще намалее. Тоест силата на тока ще зависи от температурата на проводника.
Промяна в съпротивлението в зависимост от температурата
Да предположим, че при температура от 0 градуса съпротивлението на проводника е равно на R0, а при температура t съпротивлението е равно на R, тогава относителната промяна в съпротивлението ще бъде право пропорционална на промяната в температурата t:
- (R-R0)/R=a*t.
В тази формула a е коефициентът на пропорционалност, който също се нарича температурен коефициент. Той характеризира зависимостта на съпротивлението, което веществото притежава от температурата.
Температурен коефициент на съпротивлениечислено равно на относителното изменение на съпротивлението на проводника при нагряване с 1 Келвин.
За всички метали температурният коефициент Над нулата.Ще се промени леко с температурни промени. Следователно, ако температурната промяна е малка, тогава температурният коефициент може да се счита за постоянен и равен на средната стойност от този температурен диапазон.
Устойчивостта на електролитните разтвори намалява с повишаване на температурата. Тоест за тях температурният коефициент ще бъде по-малко от нула.
Съпротивлението на проводника зависи от съпротивлението на проводника и размера на проводника. Тъй като размерите на проводника се променят леко при нагряване, основният компонент на промяната в съпротивлението на проводника е съпротивлението.
Зависимост на съпротивлението на проводника от температурата
Нека се опитаме да намерим зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата.
Нека заместим стойностите на съпротивлението R=p*l/S R0=p0*l/S в получената по-горе формула.
Получаваме следната формула:
- p=p0(1+a*t).
Тази зависимост е представена на следващата фигура.
Нека се опитаме да разберем защо съпротивлението се увеличава
Когато повишаваме температурата, амплитудата на вибрациите на йоните във възлите на кристалната решетка се увеличава. Следователно свободните електрони ще се сблъскват с тях по-често. При сблъсък те ще загубят посоката на движението си. Следователно токът ще намалее.
В тази статия ще разгледаме резистора и неговото взаимодействие с напрежението и тока, преминаващи през него. Ще научите как да изчислявате резистор по специални формули. Статията също така показва как специални резистори могат да се използват като сензор за светлина и температура.
Идеята за електричество
Един начинаещ трябва да може да си представи електрически ток. Дори и да разберете, че електричеството се състои от електрони, движещи се през проводник, все още е много трудно да се визуализира ясно. Ето защо предлагам тази проста аналогия с водна система, която всеки може лесно да си представи и разбере, без да се задълбочава в законите.
Забележете как електрическият ток е подобен на потока вода от пълен резервоар (високо напрежение) към празен резервоар (ниско напрежение). В тази проста аналогия на вода и електрически ток, вентилът е аналогичен на резистор за ограничаване на тока.
От тази аналогия можете да извлечете някои правила, които трябва да запомните завинаги:
- Колкото ток протича във възела, толкова и излиза от него
- За да протича ток трябва да има различни потенциали в краищата на проводника.
- Количеството вода в два съда може да се сравни със заряда на батерията. Когато нивото на водата в различните съдове стане еднакво, тя ще спре да тече, а когато батерията се разреди, няма да има разлика между електродите и токът ще спре.
- Електрическият ток ще се увеличи с намаляване на съпротивлението, точно както скоростта на потока на водата ще се увеличи с намаляване на съпротивлението на вентила.
Бих могъл да напиша още много изводи въз основа на тази проста аналогия, но те са описани в закона на Ом по-долу.
Резистор
Резисторите могат да се използват за контрол и ограничаване на тока, следователно основният параметър на резистора е неговото съпротивление, което се измерва в Омаха. Не трябва да забравяме и мощността на резистора, която се измерва във ватове (W) и показва колко енергия може да разсее резисторът, без да прегрее и изгори. Също така е важно да се отбележи, че резисторите не се използват само за ограничаване на тока, те могат да се използват и като делител на напрежение за получаване на по-ниско напрежение от по-високо. Някои сензори се основават на факта, че съпротивлението варира в зависимост от осветеността, температурата или механичното въздействие; това е написано подробно в края на статията.
Закон на Ом
Ясно е, че тези 3 формули са извлечени от основната формула на закона на Ом, но трябва да се научат, за да се разбират по-сложни формули и диаграми. Трябва да можете да разберете и да си представите значението на всяка от тези формули. Например, втората формула показва, че увеличаването на напрежението без промяна на съпротивлението ще доведе до увеличаване на тока. Увеличаването на тока обаче няма да увеличи напрежението (въпреки че това е математически вярно), тъй като напрежението е потенциалната разлика, която ще създаде електрически ток, а не обратното (вижте аналогията с 2 резервоара за вода). Формула 3 може да се използва за изчисляване на съпротивлението на токоограничаващ резистор при известни напрежение и ток. Това са само примери, които показват важността на това правило. Ще научите как да ги използвате сами, след като прочетете статията.
Последователно и паралелно свързване на резистори
Разбирането на последиците от свързването на резистори в паралел или в серия е много важно и ще ви помогне да разберете и опростите веригите с тези прости формули за серийно и паралелно съпротивление:
В тази примерна схема R1 и R2 са свързани паралелно и могат да бъдат заменени с единичен резистор R3 съгласно формулата:
В случай на 2 резистора, свързани паралелно, формулата може да се напише, както следва:
Освен че се използва за опростяване на схеми, тази формула може да се използва за създаване на стойности на резистори, които нямате.
Имайте предвид също, че стойността на R3 винаги ще бъде по-малка от тази на другите 2 еквивалентни резистора, тъй като добавянето на паралелни резистори осигурява допълнителни пътища
електрически ток, намаляващ общото съпротивление на веригата.
Последователно свързаните резистори могат да бъдат заменени с един резистор, чиято стойност ще бъде равна на сумата от тези два, поради факта, че тази връзка осигурява допълнително токово съпротивление. По този начин еквивалентното съпротивление R3 се изчислява много просто: R 3 = R 1 + R 2
В интернет има удобни онлайн калкулатори за изчисляване и свързване на резистори.
Токоограничаващ резистор
Най-основната роля на резисторите за ограничаване на тока е да контролират тока, който ще тече през устройство или проводник. За да разберем как работят, нека първо разгледаме проста верига, при която лампата е директно свързана към 9V батерия. Лампата, както всяко друго устройство, което консумира електричество, за да изпълни определена задача (като например излъчване на светлина), има вътрешно съпротивление, което определя нейната текуща консумация. Така отсега нататък всяко устройство може да бъде заменено с еквивалентно съпротивление.
Сега, когато лампата ще се разглежда като резистор, можем да използваме закона на Ом, за да изчислим тока, преминаващ през нея. Законът на Ом гласи, че токът, преминаващ през резистор, е равен на разликата в напрежението върху него, разделена на съпротивлението на резистора: I=V/R или по-точно:
I=(V 1 -V 2)/R
където (V 1 -V 2) е разликата в напрежението преди и след резистора.
Сега погледнете снимката по-горе, където е добавен резистор за ограничаване на тока. Той ще ограничи тока към лампата, както подсказва името. Можете да контролирате количеството ток, протичащ през лампата, просто като изберете правилната стойност на R1. Голям резистор ще намали значително тока, докато малък резистор ще намали тока по-слабо (същото като в нашата водна аналогия).
Математически ще бъде написано така:
От формулата следва, че токът ще намалее, ако стойността на R1 се увеличи. По този начин може да се използва допълнително съпротивление за ограничаване на тока. Важно е обаче да се отбележи, че това води до нагряване на резистора и трябва правилно да изчислите мощността му, което ще бъде обсъдено по-късно.
Можете да използвате онлайн калкулатора за.
Резистори като делител на напрежение
Както подсказва името, резисторите могат да се използват като делител на напрежението, с други думи, те могат да се използват за намаляване на напрежението чрез разделянето му. Формула: 
Ако и двата резистора имат една и съща стойност (R 1 =R 2 =R), тогава формулата може да бъде написана, както следва: 
Друг често срещан тип делител е, когато един резистор е свързан към маса (0V), както е показано на фигура 6B.
Заменяйки Vb с 0 във формула 6A, получаваме: 
Нодален анализ
Сега, когато започнете да работите с електронни схеми, е важно да можете да ги анализирате и да изчислите всички необходими напрежения, токове и съпротивления. Има много начини за изучаване на електронни схеми и един от най-разпространените методи е нодалният метод, при който просто прилагате набор от правила и изчислявате, стъпка по стъпка, всички необходими променливи.
Опростени правила за възлов анализ
Определение на възел
Възел е всяка точка на свързване във верига. Точки, които са свързани помежду си, без други компоненти между тях, се третират като единичен възел. По този начин безкраен брой проводници към една точка се считат за един възел. Всички точки, които са групирани в един възел, имат еднакви напрежения.
Определение на клон
Разклонението е колекция от 1 или повече компоненти, свързани последователно, и всички компоненти, които са свързани последователно към тази верига, се считат за един клон.
Всички напрежения обикновено се измерват спрямо земята, която винаги е 0 волта.
Токът винаги протича от възел с по-високо напрежение към възел с по-ниско.
Напрежението във възел може да се изчисли от напрежението в близост до възела, като се използва формулата:
V 1 -V 2 =I 1 *(R 1)
Да вървим:
V 2 =V 1 -(I 1 *R 1)
Където V 2 е търсеното напрежение, V 1 е еталонното напрежение, което е известно, I 1 е токът, протичащ от възел 1 към възел 2, а R 1 е съпротивлението между 2-те възела.
По същия начин, както в закона на Ом, токът на разклонението може да се определи, ако са известни напрежението на 2 съседни възела и съпротивлението:
I 1 = (V 1 -V 2)/R 1
Текущият входен ток на възел е равен на текущия изходен ток, така че може да се запише като: I 1 + I 3 =I 2
Важно е да можете да разберете значението на тези прости формули. Например, на фигурата по-горе, токът протича от V1 към V2 и следователно напрежението на V2 трябва да бъде по-малко от V1.
Като използвате подходящите правила в точното време, можете бързо и лесно да анализирате и разберете веригата. Това умение се постига чрез практика и опит.
Изчисляване на необходимата мощност на резистора
Когато купувате резистор, може да ви бъде зададен въпросът: „Какви мощностни резистори искате?“ или те могат просто да дадат 0.25W резистори, тъй като те са най-популярните.
Докато работите със съпротивления, по-големи от 220 ома и вашето захранване осигурява 9V или по-малко, можете да работите с резистори от 0,125 W или 0,25 W. Но ако напрежението е повече от 10 V или стойността на съпротивлението е по-малка от 220 ома, трябва да изчислите мощността на резистора, в противен случай той може да изгори и да развали устройството. За да изчислите необходимата мощност на резистора, трябва да знаете напрежението на резистора (V) и тока, протичащ през него (I):
P=I*V
където токът се измерва в ампери (A), напрежението във волтове (V) и P - разсейване на мощността във ватове (W)
Снимката показва резистори с различни мощности, те се различават главно по размер.
Видове резистори
Резисторите могат да бъдат различни, вариращи от обикновени променливи резистори (потенциометри) до такива, които реагират на температура, светлина и налягане. Някои от тях ще бъдат обсъдени в този раздел.
Променлив резистор (потенциометър)
Фигурата по-горе показва схематично представяне на променлив резистор. Често се нарича потенциометър, защото може да се използва като делител на напрежение.
Те се различават по размер и форма, но всички работят по един и същи начин. Изводите отдясно и отляво са еквивалентни на фиксирана точка (като Va и Vb на фигурата горе вляво), а средният извод е подвижната част на потенциометъра и се използва също за промяна на съотношението на съпротивлението на левия и десни клеми. Следователно, потенциометърът е делител на напрежение, който може да бъде настроен на всяко напрежение от Va до Vb.
Освен това, променлив резистор може да се използва като резистор за ограничаване на тока чрез свързване на щифтовете Vout и Vb, както е на фигурата по-горе (вдясно). Представете си как токът ще тече през съпротивлението от лявата клема към дясната, докато достигне движещата се част и ще тече покрай нея, докато много малък ток протича към втората част. Така че можете да използвате потенциометър, за да регулирате тока на всякакви електронни компоненти, като например лампа.
LDR (Light Sensing Resistors) и термистори
Има много базирани на резистори сензори, които реагират на светлина, температура или налягане. Повечето от тях са включени като част от делител на напрежение, който варира в зависимост от съпротивлението на резисторите, което се променя под въздействието на външни фактори.
Фоторезистор (LDR)
Както можете да видите на фигура 11A, фоторезисторите се различават по размер, но всички те са резистори, чието съпротивление намалява, когато е изложено на светлина, и се увеличава в тъмнина. За съжаление фоторезисторите реагират доста бавно на промените в нивата на светлина и имат доста ниска точност, но са много лесни за използване и популярни. Обикновено съпротивлението на фоторезисторите може да варира от 50 ома на слънце до повече от 10 мегаома в абсолютна тъмнина.
Както вече казахме, промяната на съпротивлението променя напрежението от делителя. Изходното напрежение може да се изчисли по формулата: 
Ако приемем, че съпротивлението на LDR варира от 10 MΩ до 50 Ω, тогава V out ще бъде съответно от 0,005 V до 4,975 V.
Термисторът е подобен на фоторезистор, но термисторите имат много повече видове от фоторезисторите, например, термисторът може да бъде или термистор с отрицателен температурен коефициент (NTC), чието съпротивление намалява с повишаване на температурата, или положителен температурен коефициент (PTC) , чиято устойчивост ще нараства с повишаване на температурата. Сега термисторите реагират много бързо и точно на промените в параметрите на околната среда.
Можете да прочетете за определяне на стойността на резистора с помощта на цветно кодиране.
6.2. Електрическо съпротивление на проводниците. Промени в съпротивлението на проводника в зависимост от температурата и налягането. Свръхпроводимост
От израза става ясно, че електрическата проводимост на проводниците и, следователно, електрическото съпротивление и съпротивление зависят от материала на проводника и неговото състояние. Състоянието на проводника може да се променя в зависимост от различни фактори на външно налягане (механични напрежения, външни сили, компресия, напрежение и т.н., т.е. фактори, влияещи върху кристалната структура на металните проводници) и температура.
Електрическото съпротивление на проводниците (съпротивление) зависи от формата, размера, материала на проводника, налягането и температурата:
. (6.21)
В този случай зависимостта на електрическото съпротивление на проводниците и съпротивлението на проводниците от температурата, както е установено експериментално, се описва от линейни закони:
; (6.22)
, (6.23)
където t и o, R t и R o са съответно специфични съпротивления и съпротивления на проводника при t = 0 o C;
или 
.
(6.24)
От формула (6.23), температурната зависимост на съпротивлението на проводниците се определя от отношенията:
,
(6.25)
където Т е термодинамична температура.
Ж 
Зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата е показана на фигура 6.2. Графика на зависимостта на съпротивлението на металите от абсолютната температура T е представена на фигура 6.3.
СЪС 
Според класическата електронна теория на металите, в идеална кристална решетка (идеален проводник) електроните се движат, без да изпитват електрическо съпротивление ( = 0). От гледна точка на съвременните концепции, причините, причиняващи появата на електрическо съпротивление в металите, са чужди примеси и дефекти в кристалната решетка, както и топлинното движение на металните атоми, чиято амплитуда зависи от температурата.
Правилото на Матисен гласи, че зависимостта на електрическото съпротивление от температурата (T) е сложна функция, която се състои от два независими члена:
,
(6.26)
където ost – остатъчно съпротивление;
id е идеалното съпротивление на метала, което съответства на съпротивлението на абсолютно чист метал и се определя само от топлинните вибрации на атомите.
Въз основа на формули (6.25), съпротивлението на идеалния метал трябва да клони към нула, когато T 0 (крива 1 на фиг. 6.3). Но съпротивлението като функция на температурата е сумата от независими членове id и rest. Следователно, поради наличието на примеси и други дефекти в кристалната решетка на метала, съпротивлението (T) с понижаване на температурата клони към някаква постоянна крайна стойност res (крива 2 на фиг. 6.3). Понякога преминавайки минимума, той леко се увеличава с по-нататъшно понижаване на температурата (крива 3 на фиг. 6.3). Стойността на остатъчното съпротивление зависи от наличието на дефекти в решетката и съдържанието на примеси и се увеличава с увеличаване на тяхната концентрация. Ако броят на примесите и дефектите в кристалната решетка се намали до минимум, тогава остава още един фактор, влияещ върху електрическото съпротивление на металите - топлинната вибрация на атомите, която според квантовата механика не спира дори при абсолютна нула температура. В резултат на тези вибрации решетката престава да бъде идеална и в пространството възникват променливи сили, чието действие води до разсейване на електрони, т.е. поява на резистентност.
Впоследствие беше открито, че съпротивлението на някои метали (Al, Pb, Zn и др.) И техните сплави при ниски температури T (0,1420 K), наречено критично, характерно за всяко вещество, рязко намалява до нула, т.е. . металът става абсолютен проводник. Това явление, наречено свръхпроводимост, е открито за първи път през 1911 г. от G. Kamerlingh Onnes за живак. Установено е, че при T = 4,2 K живакът очевидно напълно губи устойчивост на електрически ток. Намаляването на съпротивлението става много рязко в интервала от няколко стотни от градуса. Впоследствие се наблюдава загуба на устойчивост в други чисти вещества и в много сплави. Температурите на преход към свръхпроводящо състояние варират, но винаги са много ниски.
Чрез възбуждане на електрически ток в пръстен от свръхпроводящ материал (например чрез електромагнитна индукция) може да се наблюдава, че силата му не намалява в продължение на няколко години. Това ни позволява да намерим горната граница на съпротивлението на свръхпроводниците (по-малко от 10 -25 Ohmm), което е много по-малко от съпротивлението на медта при ниски температури (10 -12 Ohmm). Следователно се приема, че електрическото съпротивление на свръхпроводниците е нула. Съпротивлението преди прехода към свръхпроводящо състояние може да бъде много различно. Много от свръхпроводниците имат доста високо съпротивление при стайна температура. Преходът към свръхпроводящо състояние винаги става много рязко. В чистите монокристали той заема температурен диапазон, по-малък от една хилядна от градуса.
СЪС 
Сред чистите вещества алуминият, кадмият, цинкът, индият и галият проявяват свръхпроводимост. По време на изследването се оказа, че структурата на кристалната решетка, хомогенността и чистотата на материала оказват значително влияние върху характера на прехода към свръхпроводящо състояние. Това може да се види например на фигура 6.4, която показва експериментални криви на преход към свръхпроводящо състояние на калай с различна чистота (крива 1 - монокристален калай; 2 - поликристален калай; 3 - поликристален калай с примеси).
През 1914 г. K. Onnes открива, че свръхпроводящото състояние се унищожава от магнитно поле, когато магнитната индукция бнадхвърля някаква критична стойност. Критичната стойност на индукцията зависи от материала на свръхпроводника и температурата. Критичното поле, което разрушава свръхпроводимостта, може да бъде създадено и от самия свръхпроводящ ток. Следователно има критична сила на тока, при която свръхпроводимостта се унищожава.
През 1933 г. Майснер и Оксенфелд откриват, че вътре в свръхпроводящо тяло няма магнитно поле. При охлаждане на свръхпроводник, намиращ се във външно постоянно магнитно поле, в момента на преминаване в свръхпроводящо състояние, магнитното поле се измества напълно от неговия обем. Това отличава свръхпроводника от идеалния проводник, в който, когато съпротивлението падне до нула, индукцията на магнитното поле в обема трябва да остане непроменена. Явлението на изместване на магнитно поле от обема на проводник се нарича ефект на Майснер. Ефектът на Майснер и липсата на електрическо съпротивление са най-важните свойства на свръхпроводника.
Отсъствието на магнитно поле в обема на проводника ни позволява да заключим от общите закони на магнитното поле, че в него съществува само повърхностен ток. Той е физически реален и следователно заема тънък слой близо до повърхността. Магнитното поле на тока разрушава външното магнитно поле вътре в проводника. В това отношение свръхпроводникът формално се държи като идеален диамагнетик. Той обаче не е диамагнитен, тъй като неговата вътрешна намагнитност (вектор на намагнитване) е нула.
Чистите вещества, при които се наблюдава явлението свръхпроводимост, са малко на брой. Свръхпроводимостта се наблюдава най-често в сплавите. В чистите вещества възниква само ефектът на Майснер, а в сплавите магнитното поле не се изхвърля напълно от обема (наблюдава се частичен ефект на Майснер).
Веществата, при които се наблюдава пълният ефект на Майснер, се наричат свръхпроводници от първи род, а частичните - свръхпроводници от втори род.
Свръхпроводниците от втория тип имат в обема си кръгови токове, които създават магнитно поле, което обаче не изпълва целия обем, а се разпределя в него под формата на отделни нишки. Що се отнася до съпротивлението, то е равно на нула, както при свръхпроводниците от първи тип.
По своята физическа природа свръхпроводимостта е свръхтечност на течност, състояща се от електрони. Свръхфлуидността възниква поради прекратяване на обмена на енергия между свръхфлуидния компонент на течността и другите й части, което води до изчезване на триенето. Съществена в този случай е възможността за „кондензация“ на течни молекули на най-ниското енергийно ниво, отделено от другите нива с доста широка енергийна празнина, която силите на взаимодействие не могат да преодолеят. Това е причината за изключването на взаимодействието. За да можете да намерите много частици на най-ниското ниво, е необходимо те да се подчиняват на статистиката на Бозе-Айнщайн, т.е. имаше цяло числово завъртане.
Електроните се подчиняват на статистиката на Ферми-Дирак и следователно не могат да „кондензират“ на най-ниското енергийно ниво и да образуват свръхфлуидна електронна течност. Силите на отблъскване между електроните до голяма степен се компенсират от силите на привличане на положителните йони на кристалната решетка. Въпреки това, поради топлинните вибрации на атомите във възлите на кристалната решетка, между електроните може да възникне сила на привличане и след това те се комбинират в двойки. Двойките електрони се държат като частици с цял спин, т.е. подчиняват се на статистиката на Бозе-Айнщайн. Те могат да кондензират и да образуват поток от свръхтечна течност от електронни двойки, която образува свръхпроводящ електрически ток. Над най-ниското енергийно ниво има енергийна празнина, която електронната двойка не е в състояние да преодолее поради енергията на взаимодействие с други заряди, т.е. не може да промени енергийното си състояние. Следователно няма електрическо съпротивление.
Възможността за образуване на електронни двойки и тяхната свръхфлуидност се обяснява с квантовата теория.
Практическото използване на свръхпроводящи материали (в намотките на свръхпроводящи магнити, в компютърни системи с памет и др.) е трудно поради ниските им критични температури. Понастоящем са открити керамични материали, които показват свръхпроводимост при температури над 100 K (високотемпературни свръхпроводници) и се изследват активно. Феноменът свръхпроводимост се обяснява от квантовата теория.
Зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата и налягането се използва в технологията за измерване на температура (съпротивителни термометри) и големи, бързо променящи се налягания (електрически тензодатчици).
В системата SI електрическото съпротивление на проводниците се измерва в Ohmm, а съпротивлението се измерва в Ohms. Един ом е съпротивлението на проводник, в който протича постоянен ток от 1А при напрежение 1V.
Електрическата проводимост е величина, определена по формулата
. (6.27)
Единицата SI за проводимост е сименс. Един сименс (1 cm) – проводимостта на участък от верига със съпротивление 1 Ohm.
Какво е? От какво зависи? Как да го изчислим? Всичко това ще бъде обсъдено в днешната статия!
И всичко започна доста отдавна. През далечната и стремглава 1800 г. уважаваният г-н Георг Ом си играеше в своята лаборатория с напрежение и ток, пропускайки го през различни неща, които можеха да го проведат. Като наблюдателен човек, той установи една интересна връзка. А именно, че ако вземем един и същ проводник, тогава силата на тока в него е право пропорционална на приложеното напрежение. Е, това е, ако удвоите приложеното напрежение, тогава силата на тока ще се удвои. Съответно никой не си прави труда да вземе и въведе някакъв коефициент на пропорционалност:
Където G е извиканият коефициент проводимостдиригент. На практика по-често хората оперират с реципрочната проводимост. Нарича се по същия начин електрическо съпротивлениеи се обозначава с буквата R:
За случая на електрическо съпротивление зависимостта, получена от Георг Ом, изглежда така:
Господа, с голямо доверие току-що написахме закона на Ом. Но нека засега не се концентрираме върху това. Почти имам готова отделна статия за него и ще говорим за това в нея. Сега нека се спрем по-подробно на третия компонент на този израз - съпротивлението.
Първо, това са характеристиките на проводника. Съпротивлението не зависи от тока с напрежението, с изключение на определени случаи като нелинейни устройства. Определено ще стигнем до тях, но по-късно, господа. Сега разглеждаме обикновени метали и други хубави, прости - линейни - неща.
Съпротивлението се измерва в Омаха. Съвсем логично - който го е открил, го е кръстил на себе си. Страхотен стимул за открития, господа! Но не забравяйте, че започнахме с проводимостта? Кое се обозначава с буквата G? Така че, той също има свое измерение - Siemens. Но обикновено никой не се интересува от това; почти никой не работи с тях.
Един любознателен ум със сигурност ще зададе въпроса - съпротивата, разбира се, е голяма, но от какво всъщност зависи? Има отговори. Да вървим точка по точка. Опитът показва това съпротивлението зависи най-малко от:
- геометрични размери и форма на проводника;
- материал;
- температура на проводника.
Сега нека разгледаме по-отблизо всяка точка.
Господа, опитът показва, че при постоянна температура Съпротивлението на проводника е право пропорционално на неговата дължина и обратно пропорционално на неговата площ
неговият
напречно сечение. Е, това е, колкото по-дебел и по-къс е проводникът, толкова по-ниско е съпротивлението му. Обратно, дългите и тънки проводници имат относително високо съпротивление.Това е илюстрирано на фигура 1.Това твърдение е разбираемо и от цитираната по-горе аналогия с електрически ток и водоснабдяване: по-лесно е водата да тече през дебела къса тръба, отколкото през тънка и дълга, и предаването е възможно. Опо-големи обеми течност за същото време.
Фигура 1 - Дебели и тънки проводници
Нека изразим това в математически формули:
Тук Р- устойчивост, л- дължина на проводника, С- неговата площ на напречното сечение.
Когато кажем, че някой е пропорционален на някого, винаги можем да въведем коефициент и да заменим символа за пропорционалност със знак за равенство:
Както можете да видите, тук имаме нов коефициент. Нарича се съпротивление на проводника.
Какво е? Господа, очевидно е, че това е стойността на съпротивлението, която ще има проводник с дължина 1 метър и площ на напречното сечение от 1 m 2. Какво ще кажете за размера му? Нека го изразим от формулата:
Стойността е таблична и зависи от проводников материал.
Така плавно преминахме към втория елемент от нашия списък. Да, два проводника с еднаква форма и размер, но направени от различни материали, ще имат различно съпротивление. И това се дължи единствено на факта, че те ще имат различно съпротивление на проводника. Ето таблица със стойността на съпротивлението ρ за някои широко използвани материали.
Господа, виждаме, че среброто има най-малко съпротивление на електрически ток, докато диелектриците, напротив, имат много високо съпротивление. Това е разбираемо. Диелектриците затова са си диелектрици, за да не провеждат ток.
Сега, като използвате табелата, която предоставих (или Google, ако необходимият материал не е там), можете лесно да изчислите проводник с необходимото съпротивление или да прецените какво съпротивление ще има вашият проводник с дадена площ и дължина на напречното сечение.
Спомням си, че имаше един подобен случай в моята инженерна практика. Правехме мощна инсталация за захранване на лампа с лазерна помпа. Силата там беше просто луда. И за да се абсорбира цялата тази мощност в случай, че „ако нещо се обърка“, беше решено да се направи резистор от 1 Ohm от някакъв надежден проводник. Защо точно 1 Ohm и къде точно е инсталиран, няма да разглеждаме сега. Това е разговор за съвсем различна статия. Достатъчно е да се знае, че този резистор трябваше да абсорбира десетки мегавати мощност и десетки килоджаули енергия, ако нещо се случи, и би било желателно да остане жив. След като проучих списъците с налични материали, избрах два: нихром и фехрал. Те бяха топлоустойчиви, можеха да издържат на високи температури и освен това имаха относително високо електрическо съпротивление, което позволяваше, от една страна, да се вземат не много тънки (те веднага биха изгорели) и не много дълги (имахте за да се поберат в разумни размери) проводници, а от друга - вземете необходимия 1 ом. В резултат на итеративни изчисления и анализ на пазарни предложения за руската промишленост с тел (това е терминът), най-накрая се спрях на фехрала. Оказа се, че жицата трябва да има диаметър няколко милиметра и дължина няколко метра. Няма да дам точни цифри, малко от вас ще се интересуват от тях и ме мързи да търся тези изчисления в дълбините на архива. Прегряването на жицата също беше изчислено в случай (с помощта на термодинамични формули), ако през нея действително преминаха десетки килоджаули енергия. Оказа се няколкостотин градуса, което ни устройваше.
В заключение ще кажа, че тези домашни резистори са произведени и преминаха успешно тестове, което потвърждава правилността на дадената формула.
Въпреки това бяхме твърде увлечени от лирични отклонения за случаи от живота, напълно забравяйки, че трябва да вземем предвид и зависимостта на електрическото съпротивление от температурата.
Нека спекулираме - колко теоретично може да зависи съпротивлението на проводника спрямо температурата? Какво знаем за повишаването на температурите? Поне два факта.
Първо: с повишаване на температурата всички атоми на веществото започват да вибрират по-бързо и с по-голяма амплитуда. Това води до факта, че насоченият поток от заредени частици се сблъсква по-често и по-силно с неподвижни частици. Едно е да преминеш през тълпа от хора, където всички стоят, и съвсем друго е да минеш през такава, в която всички тичат като луди. Поради това средната скорост на насоченото движение намалява, което е еквивалентно на намаляване на силата на тока. Е, това е до увеличаване на съпротивлението на проводника към ток.
Второ: с повишаване на температурата броят на свободните заредени частици в единица обем се увеличава. Поради по-голямата амплитуда на топлинните вибрации атомите се йонизират по-лесно. Повече свободни частици - повече ток. Тоест съпротивлението пада.
Общо два процеса се борят във вещества с повишаване на температурата: първият и вторият. Въпросът е кой ще спечели. Практиката показва, че в металите първият процес често печели, а в електролитите вторият процес печели. Е, това означава, че съпротивлението на метала се увеличава с повишаване на температурата. И ако вземете електролит (например вода с разтвор на меден сулфат), тогава неговата устойчивост намалява с повишаване на температурата.
Възможно е да има случаи, когато първият и вторият процес напълно се балансират и съпротивлението е практически независимо от температурата.
Така че съпротивлението има тенденция да се променя в зависимост от температурата. Оставете на температура т 1, имаше съпротива R 1. И при температура t 2стана R 2. Тогава както за първия, така и за втория случай можем да напишем следния израз:
Величината α, господа, се нарича температурен коефициент на съпротивление.Този коефициент показва относителна промяна в съпротивлениетопри промяна на температурата с 1 градус. Например, ако съпротивлението на проводник при 10 градуса е 1000 ома, а при 11 градуса - 1001 ома, тогава в този случай
Стойността е таблична. Е, това е, зависи от това какъв вид материал е пред нас. За желязото например ще има една стойност, а за медта - друга. Ясно е, че в случай на метали (съпротивлението се увеличава с повишаване на температурата) α>0
и за случая на електролити (съпротивлението намалява с повишаване на температурата) α<0.
Господа, за днешния урок вече имаме две величини, които влияят на резултантното съпротивление на проводника и в същото време зависят от това какъв вид материал е пред нас. Това са ρ, което е съпротивлението на проводника, и α, което е температурният коефициент на съпротивление. Логично е да се опитаме да ги съберем. И така направиха! Какво стана накрая? И ето го:
Стойността на ρ 0 не е напълно еднозначна. Това е стойността на съпротивлението на проводника при Δt=0. И тъй като не е обвързано с някакви конкретни числа, а се определя изцяло от нас - потребителите - то ρ също е относителна величина. То е равно на стойността на съпротивлението на проводника при определена температура, която ще приемем за нулева референтна точка.
Господа, възниква въпросът - къде да използвате това? И, например, в термометри. Например, има такива платинени съпротивителни термометри. Принципът на работа е, че измерваме съпротивлението на платинена жица (както вече разбрахме, зависи от температурата). Този проводник е температурен сензор. И по измереното съпротивление можем да заключим каква е околната температура. Тези термометри са добри, защото ви позволяват да работите в много широк температурен диапазон. Да кажем при температури от няколкостотин градуса. Малко термометри все още ще могат да работят там.
И само като интересен факт - обикновената лампа с нажежаема жичка има много по-ниска стойност на съпротивление, когато е изключена, отколкото когато е включена. Да кажем, че за обикновена 100-W лампа съпротивлението на нишката в студено състояние може да бъде приблизително 50 - 100 ома. Докато при нормална работа той нараства до стойности от порядъка на 500 ома. Съпротивлението се увеличава почти 10 пъти! Но отоплението тук е около 2000 градуса! Между другото, въз основа на горните формули и измерване на тока в мрежата, можете да опитате да оцените по-точно температурата на нишката. как? Мисли за себе си. Тоест, когато включите лампата, през нея първо протича ток, който е няколко пъти по-висок от работния ток, особено ако моментът на включване пада върху пика на синусоидата в гнездото. Вярно, съпротивлението е ниско само за кратко време, докато лампата загрее. След това всичко се нормализира и токът става нормален. Такива скокове на тока обаче са една от причините, поради които лампите често изгарят, когато са включени.
Предлагам да приключим тук, господа. Статията се оказа малко по-дълга от обикновено. Надявам се, че не си много уморен. Успех на всички вас и до нови срещи!
Присъединете се към нашата