Сопротивление проволочного проводника – 16. Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление. Реостаты.ppt — Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление. …

Содержание

Электрическое сопротивление и проводимость

Дата публикации: .

При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а.

Рисунок 1. Условное обозначение электрического сопротивления

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б. В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

Видео 1. Сопротивление проводников

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

Таблица 1

Удельные сопротивления различных проводников

Материал проводникаУдельное сопротивление ρ в
Серебро
Медь
Алюминий
Вольфрам
Железо
Свинец
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
Ртуть
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
0,016
0,0175
0,03
0,05
0,13
0,2
0,42
0,43
0,5
0,94
1,1

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Металлα

 

Металл

α

Серебро
Медь
Железо
Вольфрам
Платина
0,0035
0,0040
0,0066
0,0045
0,0032
Ртуть
Никелин
Константан
Нихром
Манганин
0,0090
0,0003
0,000005
0,00016
0,00005

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

rt = r0 [1 ± α (tt0)].

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

rt = r0 [1 ± α (tt0)] = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.

www.electromechanics.ru

Сопротивление проводника

Сопротивление
проводника зависит от его размеров и
формы, а также от материала, из которого
проводник изготовлен.

Для однородного
линейного проводника сопротивление R
прямо пропорционально его длине ℓ и
обратно пропорционально площади его
поперечного сечения S:

(13.22)

где ρ — удельное
электрическое сопротивление,
характеризующее материал проводника.

§ 13.4 Параллельное и последовательное соединение проводников

При последовательном
соединении проводников

выполняются следующие три закона:

а)
сила тока на всех участках цепи одинакова,
т.е.

б) общее напряжение
в цепи равно сумме напряжений на отдельных
её участках:

в) общее сопротивление
цепи равно сумме сопротивлений отдельных
проводников:

или
(13.23)

При параллельном
соединении проводников

выполняются следующие три закона:

а) общая сила тока
в цепи равно сумме сил токов в отдельных
проводниках:

б) напряжение на
всех параллельно соединённых участках
цепи одно и то же:

в) величина, обратная
общему сопротивлению цепи, равна сумме
величин, обратных сопротивлению каждого
из проводников в отдельности:

или
(13.24)

§ 13.5 Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа

При решении задач,
наряду с законом Ома, удобно использовать
два правила Кирхгофа. При сборке сложных
электрических цепей в некоторых точках
сходятся несколько проводников. Такие
точки называют узлами.

Первое
правило Кирхгофа основано на следующих
соображениях. Токи, втекающие в данный
узел, приносят в него заряд. Токи,
вытекающие из узла, уносят заряд. Заряд
в узле накапливаться не может, поэтому
величина заряда, поступающего в данный
узел за некоторое время, в точности
равна величине уносимого из узла заряда
за то же самое время. Токи, втекающие в
данный узел, считаются положительными,
токи, вытекающие из узла, считаются
отрицательными.

Согласно
первому
правилу Кирхгофа
,
алгебраическая
сумма сил токов в проводниках, соединяющихся
в узле, равна нулю
.

(13.25)

I1+
I2
+
I3
+….+
In=0

I1+I2=I3+
I4

I1+
I2

I3

I4=0

Второе правило
Кирхгофа:
алгебраическая
сумма произведений сопротивления
каждого из участков любого замкнутого
контура разветвленной цепи постоянного
тока на силу тока на этом участке равна
алгебраической сумме ЭДС вдоль этого
контура
.

(13.26)

Это
правило особенно удобно применять в
том случае, когда проводящем контуре
содержится не один, а несколько источников
тока (рис.13.8).

При использовании
этого правила направления токов и обхода
выбираются произвольно. Токи, текущие
вдоль выбранного направления обхода
контура, считаются положительными, а
идущие против направления обхода
–отрицательными. Соответственно
положительными считаются ЭДС тех
источников, которые вызывают ток,
совпадающий по направлению с обходом
контура.

ε2
–ε1=Ir1+Ir2+IR
(13.27)

studfiles.net

Электрическое сопротивление проводника

Электрическое сопротивление — физическая величина, которая показывает, какое препятствие создается току при его прохождении по проводнику. Единицами измерения служат Омы, в честь Георга Ома. В своем законе он вывел формулу для нахождения сопротивления, которая приведена ниже. 

Рассмотрим сопротивление проводников на примере металлов. Металлы имеют внутреннее строение в виде кристаллической решетки. Эта решетка имеет строгую упорядоченность, а её узлами являются положительно заряженные ионы. Носителями заряда в металле выступают “свободные” электроны, которые не принадлежат определенному атому, а хаотично перемещаются между узлами решетки. Из квантовой физики известно, что движение электронов в металле это распространение электромагнитной волны в твердом теле. То есть электрон в проводнике движется со скоростью света (практически), и доказано, что он проявляет свойства не только как частица, но еще и как волна. А сопротивление металла возникает в результате рассеяния электромагнитных волн (то есть электронов) на тепловых колебаниях решетки и её дефектах.  При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки часть энергии передается узлам, вследствие чего выделяется энергия. Эту энергию можно вычислить при постоянном токе, благодаря закону Джоуля-Ленца – Q=I2Rt. Как видите чем больше сопротивление, тем больше энергии выделяется. 

Удельное сопротивление

Существует такое важное понятие как удельное сопротивление, это тоже самое сопротивление, только в единице длины. У каждого металла оно свое, например у меди оно равно 0,0175 Ом*мм2/м, у алюминия 0,0271 Ом*мм2/м .  Это значит, брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 будет иметь сопротивление 0,0175 Ом, а такой же брусок, но из алюминия будет иметь сопротивление 0,0271 Ом. Выходит что электропроводность меди выше чем у алюминия. У каждого металла удельное сопротивление свое, а рассчитать сопротивление всего проводника можно по формуле   

где p – удельное сопротивление металла, l – длина проводника, s – площадь поперечного сечения.

Значения удельных сопротивлений приведены в таблице удельных сопротивлений металлов (20°C)   














Вещество

p, Ом*мм2/2

α,10-3 1/K

Алюминий

0.0271

3.8

Вольфрам

0.055

4.2

Железо

0.098

6

Золото

0.023

4

Латунь

0.025-0.06

1

Манганин

0.42-0.48

0,002-0,05

Медь

0.0175

4.1

Никель

0.1

2.7

Константан

0.44-0.52

0.02

Нихром

1.1

0.15

Серебро

0.016

4

Цинк

0.059

2.7

Кроме удельного сопротивления в таблице есть значения ТКС, об этом коэффициенте чуть позже.

Зависимость удельного сопротивления от деформаций

При холодной обработке металлов давлением, металл испытывает пластическую деформацию. При пластической деформации кристаллическая решетка искажается, количество дефектов становится больше. С увеличением дефектов кристаллической решетки, сопротивление течению электронов по проводнику растет, следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается. К примеру, проволоку изготавливают методом протяжки, это значит, что металл испытывает пластическую деформацию, в результате чего, удельное сопротивление растет. На практике для уменьшения сопротивления применяют рекристаллизационный отжиг, это сложный технологический процесс, после которого кристаллическая решетка как бы, “расправляется” и количество дефектов уменьшается, следовательно, и сопротивление металла тоже.

При растяжении или сжатии, металл испытывает упругую деформацию. При упругой деформации вызванной растяжением, амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки увеличиваются, следовательно, электроны испытывают большие затруднения, и в связи с этим, увеличивается удельное сопротивление. При упругой деформации вызванной сжатием, амплитуды тепловых колебаний узлов уменьшаются, следовательно, электронам проще двигаться, и удельное сопротивление уменьшается.

Влияние температуры на удельное сопротивление

Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3  Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле 

где r это удельное сопротивление после нагрева, r0 – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t2 – температура до нагрева, t1  — температура после нагрева. 

Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм2/м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия. 

Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко.  Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор. Резистор применяется практически в любой электрической схеме. 

  • Просмотров: 777
  • electroandi.ru

    52. Расчёт сопротивления проводников » ГДЗ (решебник) по физике 7-11 классов

    1302. а) Площади поперечных сечений и длины нихромовой и железной проволок одинаковы. Какая из них обладает большим сопротивлением; во сколько раз?
    б) Площади поперечных сечений стальных проволок с одинаковыми длинами равны 0,05 и 1 мм2. Какая из них обладает меньшим сопротивлением; во сколько раз?

    а) Сопротивление нихромовой проволоки в 11 раз больше сопротивления железной проволоки, поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению, а удельное сопротивление нихрома в 11 раз больше удельного сопротивления железа.
    б) Сопротивление проволоки с большей площадью поперечного сечения меньше в 20 раз, поскольку сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения, а площадь более толстой проволоки больше в 20 раз больше, чем тонкой.

    1303. Сопротивление проволоки длиной 1 км равно 5,6 Ом. Определите напряжение на каждом участке проволоки длиной 100 м, если сила тока в ней 7 мА.

    1304. Для чего на электрифицированных железных дорогах на стыках рельсов устанавливают соединители в виде жгутов из толстой медной проволоки, приваренных к концам обоих рельсов?
    Для уменьшения сопротивления на стыках рельсов.

    1305. Во сколько раз сопротивление стальной проволоки длиной 1 м больше сопротивления железной проволоки той же длины и такой же площади поперечного сечения?
    Сопротивление стальной проволоки в 1,5 раза больше сопротивления железной проволоки, поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению, а удельное сопротивление стали в 1,5 раза больше удельного сопротивления железа.

    1306. Имеются две проволоки из одного и того же материала с одинаковой площадью поперечного сечения. Длина первой равна 20 см, второй 1 м. Сопротивление какой проволоки больше; во сколько раз?
    Сопротивление более длинной проволоки больше в 5 раз, поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально его длине.

    1307. Алюминиевая и медная проволоки имеют равные массы и одинаковые площади поперечных сечений. Какая из проволок имеет большее сопротивление?

    1308. Имеются два однородных проводника, однако первый в 8 раз длиннее второго, который имеет вдвое большую площадь поперечного сечения. Какой из проводников обладает большим сопротивлением; во сколько раз? 

    1309. Два куска железной проволоки имеют одинаковые массы. Длина одного из них в 10 раз больше длины другого. Какой кусок проволоки имеет большее сопротивление; во сколько раз?

    1310. После протягивания проволоки через волочильный станок длина ее увеличилась в 3 раза. Как изменилось сопротивление этой проволоки?

    1311. После протягивания проволоки через волочильный станок длина ее увеличилась в 4 раза. Каким стало сопротивление этой проволоки, если до волочения ее сопротивление было 20 Ом?

    1312. Определите устно, каким сопротивлением обладают железный проводник длиной 10 м и медный проводник длиной 100 м, если площади поперечных сечений этих проводников равны 1 мм2.

    1313. Рассчитайте сопротивление медного контактного провода, подвешенного для питания трамвайного двигателя, если длина провода равна 5 км, а площадь поперечного сечения — 0,65 см2.

    1314. Вычислите, каким сопротивлением обладает нихромовый проводник длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,75 мм2.

    1315. Шнур, употребляемый для подводки тока к телефону, для гибкости делают из многих тонких медных проволок. Рассчитайте сопротивление такого провода длиной 3 м, состоящего из 20 проволок площадью поперечного сечения 0,05 мм2 каждая.

    1316. Чему равно сопротивление константановой проволоки длиной 8 м и площадью поперечного сечения 2 мм2?

    1317. Определите сопротивление телеграфного провода между Москвой и Санкт-Петербургом, если расстояние между городами равно около 650 км, а провода сделаны из железной проволоки площадью поперечного сечения 12 мм2.

    1318. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

    1319. Рассчитайте силу тока, проходящего по медному проводу длиной 100 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 при напряжении 6,8 В.

    1320. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

    1321. Обмотка реостата, изготовленная из никелиновой проволоки, имеет сопротивление 36 Ом. Какой длины эта проволока, если площадь ее поперечного сечения равна 0,2 мм2?

    1322. Сопротивление изолированной нейзильберовой проволоки, намотанной на катушку, 100 Ом. Сколько метров проволоки площадью поперечного сечения 0,35 мм2 намотано на катушку? (Удельное сопротивление нейзильбера равно 0,2 Ом•мм2/м.)

    1323. Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного сечения 0,5 мм2, чтобы сопротивление ее было равно 34 Ом?

    1324. Какой длины медная проволока намотана на катушку электрического звонка, если сопротивление ее равно 0,68 Ом, а площадь поперечного сечения 0,35 мм2?

    1325. Сопротивление проволоки, у которой площадь поперечного сечения 0,1 мм2, равно 180 Ом. Какой площади поперечного сечения надо взять проволоку той же длины и из того же материала, чтобы получить сопротивление 36 Ом?

    1326. Проводник, у которого площадь поперечного сечения 0,5 мм2 и сопротивление 16 Ом, надо заменить проводником из того же металла и той же длины, но сопротивлением 80 Ом. Какой площади поперечного сечения проводник необходимо подобрать для этой замены?

    1327. Масса 1 км контактного провода на пригородных электрифицированных железных дорогах составляет 890 кг. Каково сопротивление этого провода?

    1328. В спирали электронагревателя, изготовленного из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм2, при напряжении 220 В сила тока 4 А. Какова длина проволоки, составляющей спираль?

    1329. Какой площади поперечного сечения нужно взять кусок стальной проволоки длиной I, чтобы сопротивление ее было равно сопротивлению алюминиевой проволоки длиной 21 и площадью поперечного сечения 0,75 мм2?

    1330. Какая должна быть длина и максимальная площадь поперечного сечения никелиновой проволоки, имеющей сопротивление 2 Ом на длине 1 м, чтобы в изготовленном из нее нагревательном приборе при включении в сеть с напряжением 220 В сила тока не превышала 4 А?

    1331. Измерения показали, что проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 0,2 мм2 имеет сопротивление 2,5 Ом. Каково название сплава металлов, из которого изготовлен проводник?

    1332. а) Определите массу железной проволоки площадью поперечного сечения 2 мм2, взятой для изготовления реостата сопротивлением 6 Ом.
    б) Сопротивление медного контактного провода на длине 1 км, подвешенного для питания двигателя электровоза на электрифицированной железной дороге, равно 0,17 Ом. Какова площадь поперечного сечения этого провода? Какова масса этого провода?

    1333. Какова масса медной проволоки длиной 2 км и сопротивлением 8,5 Ом?

    1334. Какой массы надо взять никелиновый проводник площадью поперечного сечения 1 мм2, чтобы из него изготовить реостат сопротивлением 10 Ом? (Плотность никелина 8,8 г/см3.)

    1335. Какой длины надо взять железную проволоку площадью поперечного сечения 2 мм2, чтобы ее сопротивление было таким же, как сопротивление алюминиевой проволоки длиной 1 км и сечением 4 мм2?

    1336. Какой площади поперечного сечения нужно взять железную проволоку длиной 10 м, чтобы ее сопротивление было такое же, как у никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,2 мм2 и длиной 1 м?

    kupuk.net

    Закон Ома. Сопротивление проводников

    Немецкий физик Г. Ом (1787.—1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

    (98.1)

    где R электрическое сопротивление проводника. Уравнение (98.1) выражает закон Ома для участка цепи (не содержащего источника тока): сала тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Формула (98.1) позволяет установить единицу сопротивления — ом (Ом): 1 Ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1А.

    Величина

    называется электрической проницаемостью проводника. Единица проводимости — сименс (См): 1 См — проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.

    Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого проводник изготовлен. Для однородного линейного проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:

    (98.2)

    где р — коэффициент пропорциональности, характеризующий материал проводника и называемыйудельным электрическим сопротивлением. Единица удельного электрического сопротивления — ом-метр (Ом·м). Наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро (1,6-10-8 Ом·м) и медь (1,7·10-8 Ом·м). На практике наряду с медными применяются алюминиевые провода. Хотя алюминий и имеет большее, чем медь, удельное сопротивление (2,6-10-8 Ом·м), но зато обладает меньшей плотностью по сравнению с медью.

    ЗаконОма можно представить в дифференциальной форме. Подставив выражение для сопротивления (98.2) в закон Ома (98.1), получим

     

    (98.3)

    где величина, обратная удельному сопротивлению,

    называетсяудельной электрической проводимостью вещества проводника. Ее единица — сименс на метр (См/м). Учитывая, что напряженность электрического поля в проводнике, плотность тока, формулу (98.3) можно записать в виде

    (98.4)

    Так как в изотропном проводнике носители тока в каждой точке движутся в направлении вектора Е, то направления j и Е совпадают. Поэтому формулу (98.4) можно записать в виде

    (98.5)

    Выражение (98.5) —закон Ома в дифференциальной форме, связывающий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке. Это соотношение справедливо и для переменных полей.

    Опыт показывает, что в первом приближении изменение удельного сопротивления, а значит и сопротивления, с температурой описывается линейным законом:

    где р и ро, R и Rо соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при t и 0°С, α — температурил коэффициент сопротивления, для чистых металлов (при не очень низких температурах) близкий к 1/273 К-1. Следовательно, температурная зависимость сопротивления может быть представлена в виде

    где Т — термодинамическая температура.

    Качественный ход температурной зависимости сопротивления металла представлен на рис. 147 (кривая 7). Впоследствии было обнаружено, что сопротивление многих металлов (например, А1, Рb, Zn и др.) и их сплавов при очень низких температурах Тk (0,14—20 К), называемыхкритическими, характерных для каждого вещества, скачкообразно уменьшается до нуля (кривая 2), т. е. металл становится абсолютным проводником. Впервые это явление, названноесверхпроводимостью, обнаружено в 1911 г. Г. Камерлииг-Оннесом для ртути. Явление сверхпроводимости объясняется на основе квантовой теории. Практическое использование сверхпроводящих материалов (в обмотках сверхпроводящих магнитов, в системах памяти ЭВМ и др.) затруднено из-за их низких критических температур. В настоящее время обнаружены и активно исследуются керамические материалы, обладающие сверхпроводимостью при температуре выше 100 К.

     

    Рис. 147

    На зависимости электрического сопротивления металлов от температуры основано действиетермометров сопротивления, которые позволяют по градуированной взаимосвязи сопротивления от температуры измерять температуру с точностью до 0,003 К. Термометры сопротивления, в которых в качестве рабочего вещества используются полупроводники, изготовленные по специальной технологии, называютсятермисторами. Они позволяют измерять температуры с точностью до миллионных долей кельвин.

    Похожие статьи:

    poznayka.org

    Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление :: Класс!ная физика

    ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

    Электрическое сопротивление ( R ) — это физическая величина, численно равная отношению
    напряжения на

    концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.
    Величину сопротивления для участка цепи можно определить из формулы закона Ома для участка цепи.

    Однако, сопротивление проводника не зависит от силы тока в цепи и напряжения, а определяется только формой, размерами и материалом проводника.

    где l — длина проводника ( м ), S — площадь поперечного сечения

    (кв.м ),
    r ( ро) — удельное сопротивление (Ом м ).

    Удельное сопротивление

    — показывает, чему равно сопротивление проводника, выполненного из данного вещества,
    длиной в 1м и с поперечным сечением 1 м кв.

    Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ: 1 Ом м

    Однако, на практике толщина проводов значительно меньше 1 м кв,
    поэтому чаще используют внесистемную единицу измерения удельного сопротивления:

    Единица измерения сопротивления в системе в СИ:

    [R] = 1 Ом

    Сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов

    на его концах в 1 В,
    по нему протекает ток силой 1 А.

    ___

    Причиной наличия сопротивления у проводника является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристалической решетки проводника.

    Из-за различия в строении криталической решетки у проводников,

    выполненных из различных веществ, сопротивления их отличаются друг

    от друга.

    ЗАПОМНИ !

    Существует физическая величина обратная сопротивлению — электрическая проводимость.

    R — это сопротивление проводника,
    1/R — это электрическая проводимость проводника
    ___

    Величины проводимости проводников и изоляторов различаются в большое

    число раз,
    измеряемое единицей с двадцатью двумя нулями!

    ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

    … что сопротивления кожи человека обычно изменяется от 1

    кОм ( для влажной кожи )
    до 500 кОм ( для сухой кожи ). Сопротивление других тканей

    тела равно от 100 до 500 Ом.
    ___

    … что соединительные провода, из которых собираются электрические

    цепи, обладают сопротивлением. Согласно закону Ома на проводах теряется часть напряжения, поэтому выгодно

    ставить
    провода с наименьшим удельным сопротивлением.
    ___

    … что сопротивление проводника зависит от температуры.

    ИНТЕРЕСНО !

    При повышении температуры металлического проводника его сопротивление увеличивается.

    При увеличении температуры электролита (жидкого проводника) его сопротивление уменьшается.

    Если взять в качестве проводника уголь (обычную таблетку активированногоугля из аптечки),
    то его сопротивление при надавливании на уголь уменьшается!

    ДУМАЕМ НАД ЗАДАЧКАМИ !

    Если длину проволоки вытягиванием увеличить вдвое то, как изменится

    её сопротивление?
    ___

    Две квадратные металлические пластины из одного металла разной толщины включены в электрическую цепь. Одинаковое ли сопротивление

    они оказывают току?

    ___

    Какой проводник представляет большее сопротивление для постоянного тока:
    медный сплошной стержень или медная трубка, имеющая внешний диаметр, равный диаметру стержня? ( длину обоих проводников считать одинаковой)

    НЕ СОПРОТИВЛЯЙСЯ,

    ИДИ СКОРЕЕ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ !

    Другие страницы по темам физики за 8 класс:

    К 1 сентября! Проверочный тест
    Тепловое движение. Температура
    Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии
    Теплопередача. Теплопроводность
    Конвекция
    Излучение
    Теплопередача в природе и технике
    Количество теплоты
    Нагревание и охлаждение тел
    Энергия топлива
    Агрегатные состояния вещества
    Плавление кристаллических тел
    Отвердевание кристаллических тел
    Парообразование. Испарение
    Кипение
    Конденсация
    Влажность воздуха
    Работа газа и пара при расширении. ДВС
    Паровая турбина. КПД теплового двигателя
    Два рода зарядов. Электроскоп
    Проводники и диэлектрики
    Электрическое поле
    Источники тока
    Электрические цепи
    Действия электрического тока
    Сила тока
    Напряжение
    Измерения силы тока и напряжения
    Электрическое сопротивление
    Закон Ома для участка цепи
    Соединение проводников
    Работа и мощность электрического тока
    Короткое замыкание. Предохранители
    Магнитное поле
    Магнитное поле прямого проводника. Магнитные линии
    Магнитное поле катушки с током. Электромагнит
    Постоянные магниты
    Магнитное поле Земли
    Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель
    Плоское зеркало

    Смотри еще страницы по теме «Электричество»:

    А вы об этом знаете?
    Легенды об янтаре
    «Круглая» загадка
    Звезды Диоскуров
    Огни святого Эльма
    О полярных сияниях
    Электризатор в сутане
    Чудо природы-шаровая молния
    Жизнь среди молний
    Изобретение лейденской банки
    Изобретатель громоотводов Б.Франклин
    Гальвани-воскреситель из мертвых
    А.Вольта и монеты во рту
    «Лошадиная» авария
    Электрические фонтаны Гастона Планте

    class-fizika.narod.ru

    это что? Чему равно сопротивление проводника

    В данной статье мы рассмотрим, что это – проводник. Здесь будут затронуты вопросы его определения, особенностей и свойств. Также мы остановимся на понятии потенциала проводника. Изучаемый объект представляет собой важное открытие и достижение науки, которое позволяет человеку на современном этапе развития снижать расходы на потребление важных и исчерпаемых ресурсов земли.

    Введение

    Проводник – это преимущественно вещество, а также определенная среда или материал, которые проводят электрический ток практически без препятствования. В проводниках находится большое количество свободно двигающихся носителей заряда (частиц с зарядом), которые способны в свободном виде перемещаться внутри проводников. Эти носители находятся под влиянием проводника, что приближен к объекту электронапряжения и создают ток проводимости.

    Существует понятие однородного проводника. Это набор характеристик, которые являются одинаковыми в любой его точке. Примером может служить реохорд – устройство для измерения эл. сопротивления посредством мостового метода Уитстона.

    В связи с наличием большого числа свободных переносчиков заряда и высокой степенью их подвижности, значение удельной величины, определяющей электропроводимость, достигает больших значений. С точки зрения электродинамической науки, проводник – это среда, обладающая огромным значением тангенса, указывающего на угол диэлектрической потери. Рассмотрение происходит всегда посредством определения четкой частоты. Идеальный проводник в таком случае — это материал, обладающий значением tgδ в бесконечно большом размере. Все остальные виды таких структур именуют реальными, или обладающими потерей.

    Часть электрической цепи

    Проводник – это часть электрической цепочки (соединительный провод, металлическая шина и т.д.).

    Одними из наиболее распространенных проводящих структур твердого типа являются вещества металлов, полуметаллов и углеродов (графит и уголь). Среди проводящих жидкостей, примером может служить ртуть, электролитические растворы, а также металлические расплавы. Среди газов, способных проводить ток, самым ярким представителем является газ в ионизированном виде (плазма). Некоторые вещества, чаще полупроводники, могут изменять свои свойства проводимости, если изменять внешние условия вокруг них, например, повышать температуру или легировать.

    Электрические проводники – это вещества и материалы, которые, в соответствии с формой движения частиц, делятся на первый и второй род. В первом случае свойство проводимости обуславливается электронным движением, а во втором, ионным.

    Ток в проводнике

    Под электрическим током подразумевают передвижение частиц, обладающих зарядом, в упорядоченном виде. Ток способен образоваться в разнообразных средах. Обязательным условием является наличие подвижных носителей заряда, которые смогут передвигаться под воздействием поля, которое приложили извне.

    Силой тока называют скалярную величину, что может принимать два значения: положительное и отрицательное. Это зависит от произвольного направления, вдоль которого движутся частицы. Единицей, определяющей силу тока, является ампер (А).

    Сила тока в проводника – это величина, что может обуславливаться направлением положительно заряженных элементов, образующих ток. В случае, когда ток был обусловлен частицами с зарядом «-», он приобретает направление, противоположное курсу реальной скорости движения частичек.

    Силу тока определяют, анализируя отношение Dq (количество заряда), что был перенесенным сквозь проводниковое поперечное сечение, за единицу времеи Dt, к размерной величине самого интервала:

    I = Delta q/ Dela t.

    Понятие дрейфа

    Показатель, указывающий на силу тока, тесно связан с явлением дрейфа заряж. частиц. Допустим, у нас есть проводник, на участке поперечного сечения (S) которого, есть определенное количество носителей заряда в конкретном объеме, соответствующем числу – n. Заряд всех носителей соответствует значению q0. Если приложить внешнее электр. поле (E), то переносчики приобретут среднюю величину скорости v (показатель скорости дрейфа), которая направляется по направлению к противоположному полю. Если допустить, что дрейф обладает постоянной скоростью (ток движется в одном темпе и с одной мощностью), можно рассчитать силу взаимосвязи дрейфа и перемещения частичек:

    ∆q=q0nv∆ts, из которого следует, что I=q0nvS

    Полная величина заряда в общей величине объема цилиндра со значением образующей величины Dl = vDt равна.

    Явление сопротивления

    Электрическое сопротивление проводника – это величина, характеризующая его свойства, способные препятствовать переправе тока, а еще она равна соотношению напряжения на концевых участках провода к силе тока, который пропускают.

    Понятие импеданса и явление волновой формы сопротивления описывают противодействие для цепи тока с переменными значениями, а также электромагнитные поля. Под понятием резистора в таком случае подразумевают радиодеталь, предназначение которой заключено во введении активного сопротивления в электр. цепь.

    Сопротивление проводника – это величина, которую чаще всего обозначают буквой R (малой или большой). В некоторых пределах, оно является постоянным и рассчитывается по формуле:

    R = U/I,

    где R – это величина сопротивления, I – указывает на силу тока, что протекает между разными концами проводника под воздействием потенциальной разности (A), а U – это степень разности электр. потенциалов, которые расположены по его разные стороны.

    Физический аспект явления

    Электрический ток в проводнике – это упорядоченное перемещение частиц с определенным зарядом. Металлы обладают высокой электропроводимостью, что связано с наличием огромного количества носителей эл. тока (электроны проводимости), которые образуются из валентного ряда электронов металлов. Последние не должны принадлежать определенному виду атомов.

    Электроны, которые передвигаются благодаря воздействию поля, начинают рассеиваться на неоднородности ионных решеток. Сам электрон в таком случае теряет силу импульса, а энергия, отвечающая за движение, превращается во внутреннюю энергию решетки кристаллического характера. Она вызывает нагревание проводника вследствие прохождения эл. тока по нему. Важно помнить о том, что значение линейной зависимости, которая выражается законом Ома, не всегда соблюдается. Величина сопротивления обуславливается также особенностями его геометрии и свойствами удельного эл. сопротивления материала, из которого его образовали.

    Сечение проводника

    Поперечное сечение проводника – это характеристика, тесно связанная с явлением его сопротивления. Дело в том, что носителем заряда в металле является свободный электрон. Находясь в хаотической форме движения, они подобны газовым молекулам. По этой причина, классическая физика определяет электроны в металле как электронный газ. Здесь применимы постановления закона для идеальных газов.

    Показатель плотности эл. газа и структура кристаллических решеток обусловлены родом металла. По этой причине, сопротивление зависит от рода самого вещества, из которого был создан проводник. Также учитывается его длина, температура и площадь поперечного сечения. Влияние последней объяснить можно благодаря тому, что уменьшение сечения электронного потока внутри проводника, с одним и тем же значением силы тока, приводит к уплотнению потока. Это вызывает усиление взаимодействия между электроном и частицей вещества проводника.

    Потенциал

    Электрический потенциал проводника – это особая характеристика проводника, представленная в виде скалярного энергетического параметра потенциальной энергии, которой «наполнен» положительно заряженный единичный вариант пробного заряда, который поместили в конкретную точку на поле. Для измерения подобного значения используют Международную систему единиц (СИ), а именно Вольт (1В = 1Дж/Кл). Электрический потенциал равняется соотношению величины потенциальной энергии, указывающей на взаимодействие заряда и поля к размерности самого заряда.

    fb.ru