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 сопротивлениеR 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 проводимостьюи 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 Rпрепятствует 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 Егальванического 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?