Kas ir vadītspēja? Vara pretestība

Kad tiek aizvērta elektriskā ķēde, kuras spailēs ir potenciālu starpība, rodas elektriskā strāva. Brīvie elektroni elektriskā lauka spēku ietekmē pārvietojas pa vadītāju. Kustībā brīvie elektroni saduras ar vadītāja atomiem un dod tiem savu rezervi kinētiskā enerģija.

Tādējādi elektroni, kas iet caur vadītāju, saskaras ar pretestību to kustībai. Kad elektriskā strāva iet caur vadītāju, pēdējais uzsilst.

Vadītāja elektriskā pretestība (tā ir apzīmēta Latīņu burts r) tiek izraisīta elektroenerģijas pārvēršana siltumenerģijā, kad elektriskā strāva iet caur vadītāju. Uz diagrammām elektriskā pretestība apzīmēts, kā parādīts attēlā. 18.

Pretestības vienība tiek pieņemta kā 1 ohm. Om bieži apzīmē ar grieķu lielo burtu Ω (omega). Tāpēc tā vietā, lai rakstītu: “Vadītāja pretestība ir 15 omi”, varat vienkārši uzrakstīt: r = 15 Ω.

1000 omi tiek saukti par 1 kiloomu (1 kohms jeb 1 kΩ).

1 000 000 omi tiek saukti par 1 megaomu (1 mg omi jeb 1 MΩ).

ierīce, kam ir mainīga elektriskā pretestība un kas kalpo strāvas maiņai ķēdē, sauc par reostatu. Diagrammās reostati ir apzīmēti, kā parādīts attēlā. 18. Parasti reostats ir izgatavots no tādas vai citas pretestības stieples, kas uztīta uz izolējošas pamatnes. Slīdnis vai reostata svira tiek novietota noteiktā stāvoklī, kā rezultātā ķēdē tiek ievadīta nepieciešamā pretestība.

Garš vadītājs ar mazu šķērsgriezumu rada lielu pretestību strāvai. Īsi vadītāji ar lielu šķērsgriezumu nodrošina mazu pretestību strāvai.

Ja ņemam divus vadītājus no dažādi materiāli, bet vienāds garums un šķērsgriezums, tad vadītāji strāvu vadīs atšķirīgi. Tas parāda, ka vadītāja pretestība ir atkarīga no paša vadītāja materiāla.

Vadītāja temperatūra ietekmē arī tā pretestību. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās metālu pretestība, un samazinās šķidrumu un ogļu pretestība. Tikai daži īpaši metālu sakausējumi (manganīns, konstantāns, niķelis utt.) gandrīz nemaina savu pretestību, palielinoties temperatūrai.

Tātad, mēs redzam, ka vadītāja elektriskā pretestība ir atkarīga no vadītāja garuma, vadītāja šķērsgriezuma, vadītāja materiāla un vadītāja temperatūras.

Salīdzinot vadītāju pretestību no dažādi materiāli Katram paraugam ir jāņem noteikts garums un šķērsgriezums. Tad mēs varam spriest, kurš materiāls vada labāk vai sliktāk elektriskā strāva.

1 m gara vadītāja ar 1 mm 2 šķērsgriezumu pretestību (omos) sauc par pretestību un apzīmē grieķu burtsρ (rho).

Vadītāja pretestību var noteikt pēc formulas

kur r ir vadītāja pretestība, omi;

ρ - vadītāja pretestība;

l- vadītāja garums, m;

S - vadītāja šķērsgriezums, mm2.

No šīs formulas iegūstam pretestības dimensiju

Tabulā 1 parāda dažu vadītāju pretestību.

Tabulā redzams, ka dzelzs stieplei ar garumu 1 m un šķērsgriezumu 1 mm2 ir 0,13 omi pretestība. Lai iegūtu 1 omu pretestību, jums jāņem 7,7 m šāda stieples. Sudrabam ir viszemākā pretestība - 1 omu pretestību var iegūt, ja ņemat 62,5 m sudraba stieples ar 1 mm 2 šķērsgriezumu. Sudrabs ir labākais vadītājs, taču augstās sudraba izmaksas izslēdz iespēju to masveidā izmantot. Pēc sudraba tabulā nāk varš: 1 m vara stieples ar 1 mm šķērsgriezumu ir 0,0175 omi, lai iegūtu 1 omi pretestību, jums ir jāņem 57 m šāda stieples.

Ķīmiski tīrs varš, kas iegūts rafinējot, ir plaši izmantots elektrotehnikā vadu, kabeļu, elektrisko mašīnu un ierīču tinumu ražošanā. Alumīnijs un dzelzs tiek plaši izmantoti arī kā vadītāji.

Detalizēti metālu un sakausējumu raksturlielumi ir doti tabulā. 2.

1. piemērs. Nosakiet pretestību 200 m dzelzs stieples ar šķērsgriezumu 5 mm 2:

2. piemērs. Aprēķiniet pretestību 2 km alumīnija stieples ar šķērsgriezumu 2,5 mm2:

No pretestības formulas jūs varat viegli noteikt vadītāja garumu, pretestību un šķērsgriezumu.

3. piemērs. Radio uztvērējam ir nepieciešams uztīt 30 omu rezistoru no niķeļa stieples ar šķērsgriezumu 0,21 mm2. Nosakiet nepieciešamo stieples garumu:

4. piemērs. Nosakiet nihroma stieples, kuras garums ir 20 F, šķērsgriezumu, ja tā pretestība ir 25 omi:

5. piemērs. Vadam ar šķērsgriezumu 0,5 mm2 un garumu 40 m ir 16 omi pretestība. Nosakiet stieples materiālu.

Vadītāja materiāls raksturo tā pretestību

Pamatojoties uz pretestības tabulu, mēs atklājam, ka svinam ir šāda pretestība.

Iepriekš tika teikts, ka vadītāju pretestība ir atkarīga no temperatūras. Veiksim šādu eksperimentu. Uztīsim vairākus metrus tievu metāla stiepli spirāles formā un savienosim šo spirāli ar akumulatora ķēdi. Lai mērītu strāvu, ķēdē ir iekļauts ampērmetrs. Kad spole tiek uzkarsēta degļa liesmā, jūs ievērosiet, ka ampērmetra rādījumi samazināsies. Tas parāda, ka metāla stieples pretestība palielinās, karsējot.

Dažiem metāliem, sildot par 100°, pretestība palielinās par 40-50%. Ir sakausējumi, kas ar karsēšanu nedaudz maina savu pretestību. Dažiem īpašiem sakausējumiem, mainoties temperatūrai, pretestība praktiski nemainās. Metāla vadītāju pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai, savukārt elektrolītu (šķidruma vadītāju), ogļu un dažu cietvielu pretestība, gluži pretēji, samazinās.

Metālu spēja mainīt savu pretestību ar temperatūras izmaiņām tiek izmantota, lai konstruētu pretestības termometrus. Šis termometrs ir platīna stieple, kas uztīta uz vizlas rāmja. Ievietojot termometru, piemēram, krāsnī un izmērot platīna stieples pretestību pirms un pēc karsēšanas, var noteikt temperatūru krāsnī.

Vadītāja pretestības izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts, uz 1 omu sākotnējās pretestības un uz 1 0 temperatūru, sauc. pretestības temperatūras koeficients un to apzīmē ar burtu α (alfa).

Ja temperatūrā t 0 vadītāja pretestība ir vienāda ar r 0 un temperatūrā t ir vienāda ar r t, tad pretestības temperatūras koeficients

Elektriskā vadītspēja raksturo ķermeņa spēju vadīt elektrisko strāvu. Vadītspēja - pretestības vērtība. Formulā tas ir apgriezti proporcionāls elektriskajai pretestībai, un tos faktiski izmanto, lai apzīmētu tās pašas materiāla īpašības. Vadītspēja tiek mērīta Siemens: [Sm]=.

Elektrovadītspējas veidi:

— Elektroniskā vadītspēja, kur lādiņa nesēji ir elektroni. Šī vadītspēja galvenokārt ir raksturīga metāliem, taču tā ir vienā vai otrā pakāpē gandrīz jebkurā materiālā. Paaugstinoties temperatūrai, elektroniskā vadītspēja samazinās.

— Jonu vadītspēja. Pastāv gāzveida un šķidrās vidēs, kur ir brīvi joni, kas arī nes lādiņus, kas pārvietojas visā vides tilpumā elektromagnētiskā lauka vai cita veida ietekmē. ārējā ietekme. Izmanto elektrolītos. Palielinoties temperatūrai, jonu vadītspēja palielinās, jo vairāk jonus ar augstu enerģiju, un tiek samazināta vides viskozitāte.

— Caurumu vadītspēja. Šo vadītspēju izraisa elektronu trūkums materiāla kristāliskajā režģī. Patiesībā elektroni šeit atkal nes lādiņu, bet šķiet, ka tie pārvietojas pa režģi, ieņemot secīgi brīvas vietas tajā atšķirībā no elektronu fiziskās kustības metālos. Šis princips tiek izmantots pusvadītājos kopā ar elektronisko vadītspēju.

Paši pirmie materiāli, kurus sāka izmantot elektrotehnikā, vēsturiski bija metāli un dielektriķi (izolatori ar zemu elektrovadītspēju). Tagad saņemts plašs pielietojums elektronikas pusvadītājos. Tie ieņem starpstāvokli starp vadītājiem un dielektriķiem, un tiem raksturīgs fakts, ka pusvadītāju elektriskās vadītspējas daudzumu var regulēt ar dažādām ietekmēm. Lielākā daļa mūsdienu vadītāju ir izgatavoti no silīcija, germānija un oglekļa. Turklāt PP izgatavošanai var izmantot arī citas vielas, taču tās izmanto daudz retāk.

Svarīga ir strāvas pārraide ar minimāliem zudumiem. Šajā sakarā liela nozīme ir metāliem ar augstu elektrovadītspēju un attiecīgi zemu elektrisko pretestību. Labākais šajā ziņā ir sudrabs (62 500 000 S/m), kam seko varš (58 100 000 S/m), zelts (45 500 000 S/m), alumīnijs (37 000 000 S/m). Saskaņā ar ekonomisko iespējamību visbiežāk tiek izmantots alumīnijs un varš, savukārt vara vadītspēja ir nedaudz zemāka par sudrabu. Visiem pārējiem metāliem nav rūpnieciskas nozīmes vadītāju ražošanā.

Kad aizvērta elektriskā ķēde, kuras spailēs ir potenciālu starpība, parādās. Brīvie elektroni elektriskā lauka spēku ietekmē pārvietojas pa vadītāju. Kustībā elektroni saduras ar vadītāju atomiem un nodrošina tiem savu kinētisko enerģiju. Elektronu ātrums nepārtraukti mainās: elektroniem saduroties ar atomiem, molekulām un citiem elektroniem, tas samazinās, tad ietekmē elektriskais lauks palielinās un atkal samazinās ar jaunu sadursmi. Tā rezultātā tiek uzstādīts vadītājs vienmērīga kustība elektronu plūsma ar ātrumu vairākas centimetru daļas sekundē. Līdz ar to elektroni, kas iet caur vadītāju, vienmēr saskaras ar pretestību to kustībai no tā sāniem. Kad elektriskā strāva iet caur vadītāju, pēdējais uzsilst.

Elektriskā pretestība

Vadītāja elektriskā pretestība, ko apzīmē ar latīņu burtu r, ir ķermeņa vai vides īpašība pārveidot elektriskā enerģija pārvēršas siltumā, kad caur to iet elektriskā strāva.

Diagrammās elektriskā pretestība ir norādīta, kā parādīts 1. attēlā, A.

Tiek saukta mainīga elektriskā pretestība, kas kalpo strāvas maiņai ķēdē reostats. Diagrammās reostati ir apzīmēti, kā parādīts 1. attēlā, b. IN vispārējs skats Reostats ir izgatavots no vienas vai otras pretestības stieples, kas uztīta uz izolācijas pamatnes. Slīdnis vai reostata svira tiek novietota noteiktā stāvoklī, kā rezultātā ķēdē tiek ievadīta nepieciešamā pretestība.

Garš vadītājs ar mazu šķērsgriezumu rada lielu pretestību strāvai. Īsi vadītāji ar lielu šķērsgriezumu nodrošina mazu pretestību strāvai.

Ja ņemat divus vadītājus no dažādiem materiāliem, bet vienāda garuma un šķērsgriezuma, tad vadītāji strāvu vadīs atšķirīgi. Tas parāda, ka vadītāja pretestība ir atkarīga no paša vadītāja materiāla.

Vadītāja temperatūra ietekmē arī tā pretestību. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās metālu pretestība, un samazinās šķidrumu un ogļu pretestība. Tikai daži īpaši metālu sakausējumi (manganīns, konstantāns, niķelis un citi) gandrīz nemaina savu pretestību, palielinoties temperatūrai.

Tātad, mēs redzam, ka vadītāja elektriskā pretestība ir atkarīga no: 1) vadītāja garuma, 2) vadītāja šķērsgriezuma, 3) vadītāja materiāla, 4) vadītāja temperatūras.

Pretestības mērvienība ir viens oms. Om bieži apzīmē ar grieķu lielo burtu Ω (omega). Tāpēc tā vietā, lai rakstītu “Vadītāja pretestība ir 15 omi”, varat vienkārši rakstīt: r= 15 Ω.
1000 omi tiek saukti par 1 kiloomi(1kOhm vai 1kΩ),
1 000 000 omi tiek saukti par 1 megaohm(1 mOhm vai 1MΩ).

Salīdzinot dažādu materiālu vadītāju pretestību, katram paraugam ir jāņem noteikts garums un šķērsgriezums. Tad varēsim spriest, kurš materiāls elektrisko strāvu vada labāk vai sliktāk.

Video 1. Vadītāja pretestība

Elektriskā pretestība

Tiek saukta 1 m gara vadītāja ar 1 mm² šķērsgriezumu pretestība omos pretestība un to apzīmē ar grieķu burtu ρ (ro).

1. tabulā parādītas dažu vadītāju pretestības.

1. tabula

Dažādu vadītāju pretestības

Tabulā redzams, ka dzelzs stieples ar 1 m garumu un 1 mm² šķērsgriezumu pretestība ir 0,13 omi. Lai iegūtu 1 Ohm pretestību, jums jāņem 7,7 m šāda stieples. Sudrabam ir viszemākā pretestība. 1 omu pretestību var iegūt, ņemot 62,5 m sudraba stieples ar 1 mm² šķērsgriezumu. Sudrabs ir labākais vadītājs, taču sudraba izmaksas izslēdz iespēju to masveidā izmantot. Pēc sudraba tabulā nāk varš: 1 m vara stieples ar 1 mm² šķērsgriezumu pretestība ir 0,0175 omi. Lai iegūtu 1 omu pretestību, jums jāņem 57 m šāda stieples.

Ķīmiski tīrs varš, kas iegūts rafinējot, ir plaši izmantots elektrotehnikā vadu, kabeļu, elektrisko mašīnu un ierīču tinumu ražošanā. Dzelzs tiek plaši izmantots arī kā vadītāji.

Vadītāja pretestību var noteikt pēc formulas:

Kur r– vadītāja pretestība omos; ρ – vadītāja īpatnējā pretestība; l– vadītāja garums m; S– vadītāja šķērsgriezums mm².

1. piemērs. Nosakiet pretestību 200 m dzelzs stieples ar šķērsgriezumu 5 mm².

2. piemērs. Aprēķiniet pretestību 2 km alumīnija stieples ar šķērsgriezumu 2,5 mm².

No pretestības formulas jūs varat viegli noteikt vadītāja garumu, pretestību un šķērsgriezumu.

3. piemērs. Radio uztvērējam ir nepieciešams uztīt 30 omu rezistoru no niķeļa stieples ar šķērsgriezumu 0,21 mm². Nosakiet nepieciešamo stieples garumu.

4. piemērs. Nosakiet 20 m nihroma stieples šķērsgriezumu, ja tā pretestība ir 25 omi.

5. piemērs. Vadam ar šķērsgriezumu 0,5 mm² un garumu 40 m ir 16 omi pretestība. Nosakiet stieples materiālu.

Vadītāja materiāls raksturo tā pretestību.

Saskaņā ar pretestības tabulu mēs atklājam, ka tai ir šāda pretestība.

Iepriekš tika teikts, ka vadītāju pretestība ir atkarīga no temperatūras. Veiksim šādu eksperimentu. Uztīsim vairākus metrus tievu metāla stiepli spirāles formā un savienosim šo spirāli ar akumulatora ķēdi. Lai izmērītu strāvu, ķēdei pievienojam ampērmetru. Kad spole tiek uzkarsēta degļa liesmā, jūs ievērosiet, ka ampērmetra rādījumi samazināsies. Tas parāda, ka metāla stieples pretestība palielinās, karsējot.

Dažiem metāliem, karsējot par 100°, pretestība palielinās par 40–50%. Ir sakausējumi, kas ar karsēšanu nedaudz maina savu pretestību. Dažiem īpašiem sakausējumiem, mainoties temperatūrai, pretestība praktiski nemainās. Pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai, elektrolītu (šķidruma vadītāju), ogļu un dažu cietvielu pretestība, gluži pretēji, samazinās.

Metālu spēja mainīt savu pretestību ar temperatūras izmaiņām tiek izmantota, lai konstruētu pretestības termometrus. Šis termometrs ir platīna stieple, kas uztīta uz vizlas rāmja. Ievietojot termometru, piemēram, krāsnī un izmērot platīna stieples pretestību pirms un pēc karsēšanas, var noteikt temperatūru krāsnī.

Vadītāja pretestības izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts uz 1 omu sākotnējās pretestības un uz 1° temperatūru sauc pretestības temperatūras koeficients un to apzīmē ar burtu α.

Ja temperatūrā t 0 vadītāja pretestība ir r 0 un temperatūrā t vienāds r t, tad pretestības temperatūras koeficients

Piezīme. Aprēķinus, izmantojot šo formulu, var veikt tikai noteiktā temperatūras diapazonā (līdz aptuveni 200°C).

Mēs piedāvājam temperatūras pretestības koeficienta α vērtības dažiem metāliem (2. tabula).

2. tabula

Dažu metālu temperatūras koeficientu vērtības

No temperatūras pretestības koeficienta formulas mēs nosakām r t:

r t = r 0 .

6. piemērs. Nosakiet līdz 200°C sakarsētas dzelzs stieples pretestību, ja tās pretestība 0°C temperatūrā bija 100 omi.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 omi.

7. piemērs. Pretestības termometra, kas izgatavots no platīna stieples, pretestība bija 20 omi telpā 15 ° C temperatūrā. Termometrs tika ievietots cepeškrāsnī un pēc kāda laika tika izmērīts tā pretestība. Tas izrādījās vienāds ar 29,6 omi. Nosakiet temperatūru cepeškrāsnī.

Elektrovadītspēja

Līdz šim vadītāja pretestību esam uzskatījuši par šķērsli, ko vadītājs nodrošina elektriskajai strāvai. Bet tomēr strāva plūst caur vadītāju. Tāpēc vadītājam papildus pretestībai (šķērslim) ir arī spēja vadīt elektrisko strāvu, tas ir, vadītspēju.

Jo lielāka pretestība ir vadītājam, jo ​​mazāka vadītspēja, jo sliktāk tas vada elektrisko strāvu, un otrādi, jo zemāka ir vadītāja pretestība, jo lielāka vadītspēja, jo vieglāk strāvai iziet cauri vadītājam. Tāpēc vadītāja pretestība un vadītspēja ir abpusēji lielumi.

No matemātikas ir zināms, ka 5 apgrieztais ir 1/5 un otrādi, 1/7 apgrieztais ir 7. Tāpēc, ja vadītāja pretestību apzīmē ar burtu r, tad vadītspēja ir definēta kā 1/ r. Vadītspēja parasti tiek apzīmēta ar burtu g.

Elektrisko vadītspēju mēra (1/Ohm) vai siemens.

8. piemērs. Vadītāja pretestība ir 20 omi. Nosakiet tā vadītspēju.

Ja r= 20 omi, tad

9. piemērs. Vadītāja vadītspēja ir 0,1 (1/Ohm). Nosakiet tā pretestību

Ja g = 0,1 (1/Ohm), tad r= 1/0,1 = 10 (omi)

Elektriskās pretestības fiziskā būtība. Brīvie elektroni, pārvietojoties vadītājā, savā ceļā saduras ar pozitīvajiem joniem 2 (sk. 10. att., a), vielas atomiem un molekulām, no kuras izgatavots vadītājs, un nodod tiem daļu savas enerģijas. Šajā gadījumā kustīgo elektronu enerģija to sadursmes ar atomiem un molekulām rezultātā tiek daļēji atbrīvota un izkliedēta siltuma veidā, sildot vadītāju. Sakarā ar to, ka elektroni, saduroties ar vadītāja daļiņām, pārvar zināmu kustību pretestību, ir pieņemts teikt, ka vadītājiem ir elektriskā pretestība. Ja vadītāja pretestība ir zema, to salīdzinoši vāji silda strāva; ja pretestība ir augsta, vadītājs var sakarst. Vadi, kas piegādā elektrisko strāvu elektriskajai plītij, gandrīz nesakarst, jo to pretestība ir zema, un plīts spirāle, kurai ir augsta pretestība, kļūst sarkana. Elektriskās lampas kvēldiegs uzkarst vēl vairāk.
Pretestības mērvienība ir omi. Vadītāja pretestība ir 1 omi, caur kuru iet 1 A strāva ar potenciālu starpību tā galos (spriegums), kas vienāds ar 1 V. Pretestības standarts 1 Ohm ir 106,3 cm gara dzīvsudraba kolonna ar šķērsgriezumu. šķērsgriezuma laukums 1 mm2 0°C temperatūrā. Praksē pretestība bieži tiek mērīta tūkstošos omu – kiloomu (kOhm) vai miljonos omu – megaomu (MOhm). Pretestību apzīmē ar burtu R (r).
Vadītspēja. Jebkuru vadītāju var raksturot ne tikai ar tā pretestību, bet arī ar tā saukto vadītspēju - spēju vadīt elektrisko strāvu. Vadītspēja ir pretestības abpusēja vērtība. Vadītspējas mērvienību sauc par siemensu (Sm). 1 cm ir vienāds ar 1/1 omi. Vadītspēja tiek apzīmēta ar burtu G (g). Tāpēc

G=1/R(4)

Elektriskā pretestība un vadītspēja. Atomi dažādas vielas nodrošināt nevienlīdzīgu pretestību elektriskās strāvas pārejai. Atsevišķu vielu spēju vadīt elektrisko strāvu var spriest pēc to elektriskās pretestības p. Par pretestību raksturojošo vērtību parasti uzskata kuba, kura mala ir 1 m, pretestību. Elektrisko pretestību mēra omi*m. Lai spriestu par materiālu elektrovadītspēju, tiek izmantots arī īpatnējās elektrovadītspējas jēdziens? Īpatnējo elektrovadītspēju mēra sīmens uz metru (S/m) (vadītspēja kubam ar malu 1 m). Elektrisko pretestību bieži izsaka omi-centimetros (Ohm*cm), bet elektrisko vadītspēju simenos uz centimetru (S/cm). Tajā pašā laikā 1 omi * cm = 10 -2 omi * m un 1 S / cm = 10 2 S / m.

Vadītāju materiāli tiek izmantoti galvenokārt vadu, stieņu vai lentu veidā, kuru šķērsgriezuma laukums parasti tiek izteikts kvadrātmilimetros un garums metros. Tāpēc šādu materiālu elektriskās pretestības un elektrovadītspējas noteikšanai ir ieviestas citas mērvienības: ? mēra omi * mm 2 / m (vadītāja pretestība 1 m garumā un šķērsgriezuma laukums 1 mm 2), vai ne? - Sm*m/mm2 (vadītāja vadītspēja ar garumu 1 m un šķērsgriezuma laukumu 1 mm2).

No metāliem visaugstākā elektrovadītspēja ir sudrabam un varam, jo ​​to atomu struktūra ļauj viegli pārvietoties brīvajiem elektroniem, kam seko zelts, hroms, alumīnijs, mangāns, volframs utt. Dzelzs un tērauds sliktāk vada strāvu.

Tīri metāli vienmēr vada elektrību labāk nekā to sakausējumi. Tāpēc elektrotehnikā pārsvarā tiek izmantots ļoti tīrs varš, kas satur tikai 0,05% piemaisījumu. Un otrādi, gadījumos, kad nepieciešams materiāls ar augstu pretestību (dažādām apkures ierīcēm, reostatiem utt.), tiek izmantoti speciāli sakausējumi: konstantāns, manganīns, nihroms, fekrāls.

Jāpiebilst, ka tehnoloģijā papildus metāliskajiem vadītājiem tiek izmantoti arī nemetāliskie. Pie šādiem vadītājiem pieder, piemēram, ogles, no kurām tiek izgatavotas elektrisko mašīnu sukas, prožektoru elektrodi utt. Mitra koksne un daudzi citi izolācijas materiāli mitrā stāvoklī vada elektrību.
Vada elektriskā pretestība ir atkarīga ne tikai no vadītāja materiāla, bet arī no tā garuma l un šķērsgriezuma laukuma s. (Elektriskā pretestība ir līdzīga pretestībai, kas tiek piedāvāta ūdens kustībai caurulē, kas ir atkarīga no caurules šķērsgriezuma laukuma un tās garuma.)
Taisnā vadītāja pretestība

R= ? l/s (5)

Ja pretestība? izteikts omi*mm/m, tad, lai iegūtu vadītāja pretestību omos, tā garums ir jāaizvieto ar formulu (5) metros, bet šķērsgriezuma laukums kvadrātmilimetros.

Pretestības atkarība no temperatūras. Visu materiālu elektrovadītspēja ir atkarīga no to temperatūras. Metāla vadītājos, karsējot, palielinās atomu vibrāciju diapazons un ātrums metāla kristāliskajā režģī, kā rezultātā palielinās arī to nodrošinātā pretestība elektronu plūsmai. Atdzesējot notiek pretēja parādība: nesakārtots svārstību kustība atomi mezglos kristāla režģis samazinās, samazinās to pretestība pret elektronu plūsmu un palielinās vadītāja elektriskā vadītspēja.

Tomēr dabā ir daži sakausējumi: fekrāls, konstantāns, manganīns utt., Kuru elektriskā pretestība noteiktā temperatūras diapazonā mainās salīdzinoši maz. Šādus sakausējumus izmanto tehnoloģijā dažādu rezistoru izgatavošanai, ko izmanto elektriskajos mērinstrumentos un dažās ierīcēs, lai kompensētu temperatūras ietekmi uz to darbību.

Vadītāju pretestības izmaiņu pakāpi ar temperatūras izmaiņām vērtē pēc tā sauktā temperatūras pretestības koeficienta a. Šis koeficients atspoguļo vadītāja pretestības relatīvo pieaugumu, tā temperatūrai palielinoties par 1 °C. Tabulā 1. tabulā parādītas temperatūras pretestības koeficienta vērtības visbiežāk izmantotajiem vadītāju materiāliem.

Metāla vadītāja pretestība R t jebkurā temperatūrā t

Rt = R 0 [ 1 + ? (t - t 0) ] (6)

kur R 0 ir vadītāja pretestība noteiktā sākotnējā temperatūrā t 0 (parasti + 20 ° C), ko var aprēķināt, izmantojot formulu (5);

t- t 0 - temperatūras maiņa.

Bieži tiek izmantota metāla vadītāju īpašība palielināt to pretestību karsēšanas laikā modernās tehnoloģijas temperatūras mērīšanai. Piemēram, pārbaudot vilces motorus pēc remonta, to tinumu sildīšanas temperatūru nosaka, mērot to pretestību aukstā stāvoklī un pēc noteikta laika (parasti 1 stundu) darbības zem slodzes.

Pētot metālu īpašības dziļas (ļoti spēcīgas) dzesēšanas laikā, zinātnieki atklāja ievērojamu parādību: tuvu absolūtajai nullei (-273,16 °C) daži metāli gandrīz pilnībā zaudē elektrisko pretestību. Viņi kļūst par ideāliem ceļvežiem, spējīgiem ilgu laiku izvadīt strāvu caur slēgtu ķēdi bez jebkādas elektriskās enerģijas avota ietekmes. Šo parādību sauc par supravadītspēju. Pašlaik izveidots prototipus elektropārvades līnijas un elektriskās mašīnas, kas izmanto supravadītspējas fenomenu. Šādām mašīnām ir ievērojami mazāks svars un gabarīti, salīdzinot ar vispārējas nozīmes mašīnām, un tās darbojas ar ļoti augstu efektivitāti. Šajā gadījumā elektropārvades līnijas var izgatavot no vadiem ar ļoti mazu šķērsgriezuma laukumu. Nākotnē šo parādību arvien vairāk izmantos elektrotehnikā.

Kad tiek aizvērta elektriskā ķēde, kuras spailēs ir potenciālu starpība, rodas spriegums. Brīvie elektroni elektriskā lauka spēku ietekmē pārvietojas pa vadītāju. Kustībā elektroni saduras ar vadītāju atomiem un nodrošina tiem savu kinētisko enerģiju. Elektronu kustības ātrums nepārtraukti mainās: elektroniem saduroties ar atomiem, molekulām un citiem elektroniem, tas samazinās, tad elektriskā lauka ietekmē jaunas sadursmes laikā palielinās un atkal samazinās. Tā rezultātā vadītājā tiek izveidota vienmērīga elektronu plūsma ar ātrumu vairākas centimetru daļas sekundē. Līdz ar to elektroni, kas iet caur vadītāju, vienmēr saskaras ar pretestību to kustībai no tā sāniem. Kad elektriskā strāva iet caur vadītāju, pēdējais uzsilst.

Elektriskā pretestība

Vadītāja elektriskā pretestība, ko apzīmē ar latīņu burtu r, ir ķermeņa vai vides īpašība pārveidot elektrisko enerģiju siltumenerģijā, kad caur to iet elektriskā strāva.

Diagrammās elektriskā pretestība ir norādīta, kā parādīts 1. attēlā, A.

Tiek saukta mainīga elektriskā pretestība, kas kalpo strāvas maiņai ķēdē reostats. Diagrammās reostati ir apzīmēti, kā parādīts 1. attēlā, b. Parasti reostats ir izgatavots no vienas vai otras pretestības stieples, kas uztīta uz izolācijas pamatnes. Slīdnis vai reostata svira tiek novietota noteiktā stāvoklī, kā rezultātā ķēdē tiek ievadīta nepieciešamā pretestība.

Garš vadītājs ar mazu šķērsgriezumu rada lielu pretestību strāvai. Īsi vadītāji ar lielu šķērsgriezumu nodrošina mazu pretestību strāvai.

Ja ņemat divus vadītājus no dažādiem materiāliem, bet vienāda garuma un šķērsgriezuma, tad vadītāji strāvu vadīs atšķirīgi. Tas parāda, ka vadītāja pretestība ir atkarīga no paša vadītāja materiāla.

Vadītāja temperatūra ietekmē arī tā pretestību. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās metālu pretestība, un samazinās šķidrumu un ogļu pretestība. Tikai daži īpaši metālu sakausējumi (manganīns, konstantāns, niķelis un citi) gandrīz nemaina savu pretestību, palielinoties temperatūrai.

Tātad, mēs redzam, ka vadītāja elektriskā pretestība ir atkarīga no: 1) vadītāja garuma, 2) vadītāja šķērsgriezuma, 3) vadītāja materiāla, 4) vadītāja temperatūras.

Pretestības mērvienība ir viens oms. Om bieži apzīmē ar grieķu lielo burtu Ω (omega). Tāpēc tā vietā, lai rakstītu “Vadītāja pretestība ir 15 omi”, varat vienkārši rakstīt: r= 15 Ω.
1000 omi tiek saukti par 1 kiloomi(1kOhm vai 1kΩ),
1 000 000 omi tiek saukti par 1 megaohm(1 mOhm vai 1MΩ).

Salīdzinot dažādu materiālu vadītāju pretestību, katram paraugam ir jāņem noteikts garums un šķērsgriezums. Tad varēsim spriest, kurš materiāls elektrisko strāvu vada labāk vai sliktāk.

Video 1. Vadītāja pretestība

Elektriskā pretestība

Tiek saukta 1 m gara vadītāja ar 1 mm² šķērsgriezumu pretestība omos pretestība un to apzīmē ar grieķu burtu ρ (ro).

1. tabulā parādītas dažu vadītāju pretestības.

1. tabula

Dažādu vadītāju pretestības

Tabulā redzams, ka dzelzs stieples ar 1 m garumu un 1 mm² šķērsgriezumu pretestība ir 0,13 omi. Lai iegūtu 1 Ohm pretestību, jums jāņem 7,7 m šāda stieples. Sudrabam ir viszemākā pretestība. 1 omu pretestību var iegūt, ņemot 62,5 m sudraba stieples ar 1 mm² šķērsgriezumu. Sudrabs ir labākais vadītājs, taču sudraba izmaksas izslēdz iespēju to masveidā izmantot. Pēc sudraba tabulā nāk varš: 1 m vara stieples ar 1 mm² šķērsgriezumu pretestība ir 0,0175 omi. Lai iegūtu 1 omu pretestību, jums jāņem 57 m šāda stieples.

Ķīmiski tīrs varš, kas iegūts rafinējot, ir plaši izmantots elektrotehnikā vadu, kabeļu, elektrisko mašīnu un ierīču tinumu ražošanā. Dzelzs tiek plaši izmantots arī kā vadītāji.

Vadītāja pretestību var noteikt pēc formulas:

Kur r– vadītāja pretestība omos; ρ – vadītāja īpatnējā pretestība; l– vadītāja garums m; S– vadītāja šķērsgriezums mm².

1. piemērs. Nosakiet pretestību 200 m dzelzs stieples ar šķērsgriezumu 5 mm².

2. piemērs. Aprēķiniet pretestību 2 km alumīnija stieples ar šķērsgriezumu 2,5 mm².

No pretestības formulas jūs varat viegli noteikt vadītāja garumu, pretestību un šķērsgriezumu.

3. piemērs. Radio uztvērējam ir nepieciešams uztīt 30 omu rezistoru no niķeļa stieples ar šķērsgriezumu 0,21 mm². Nosakiet nepieciešamo stieples garumu.

4. piemērs. Nosakiet 20 m nihroma stieples šķērsgriezumu, ja tā pretestība ir 25 omi.

5. piemērs. Vadam ar šķērsgriezumu 0,5 mm² un garumu 40 m ir 16 omi pretestība. Nosakiet stieples materiālu.

Vadītāja materiāls raksturo tā pretestību.

Saskaņā ar pretestības tabulu mēs atklājam, ka tai ir šāda pretestība.

Iepriekš tika teikts, ka vadītāju pretestība ir atkarīga no temperatūras. Veiksim šādu eksperimentu. Uztīsim vairākus metrus tievu metāla stiepli spirāles formā un savienosim šo spirāli ar akumulatora ķēdi. Lai izmērītu strāvu, ķēdei pievienojam ampērmetru. Kad spole tiek uzkarsēta degļa liesmā, jūs ievērosiet, ka ampērmetra rādījumi samazināsies. Tas parāda, ka metāla stieples pretestība palielinās, karsējot.

Dažiem metāliem, karsējot par 100°, pretestība palielinās par 40–50%. Ir sakausējumi, kas ar karsēšanu nedaudz maina savu pretestību. Dažiem īpašiem sakausējumiem, mainoties temperatūrai, pretestība praktiski nemainās. Pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai, elektrolītu (šķidruma vadītāju), ogļu un dažu cietvielu pretestība, gluži pretēji, samazinās.

Metālu spēja mainīt savu pretestību ar temperatūras izmaiņām tiek izmantota, lai konstruētu pretestības termometrus. Šis termometrs ir platīna stieple, kas uztīta uz vizlas rāmja. Ievietojot termometru, piemēram, krāsnī un izmērot platīna stieples pretestību pirms un pēc karsēšanas, var noteikt temperatūru krāsnī.

Vadītāja pretestības izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts uz 1 omu sākotnējās pretestības un uz 1° temperatūru sauc pretestības temperatūras koeficients un to apzīmē ar burtu α.

Ja temperatūrā t 0 vadītāja pretestība ir r 0 un temperatūrā t vienāds r t, tad pretestības temperatūras koeficients

Piezīme. Aprēķinus, izmantojot šo formulu, var veikt tikai noteiktā temperatūras diapazonā (līdz aptuveni 200°C).

Mēs piedāvājam temperatūras pretestības koeficienta α vērtības dažiem metāliem (2. tabula).

2. tabula

Dažu metālu temperatūras koeficientu vērtības

No temperatūras pretestības koeficienta formulas mēs nosakām r t:

r t = r 0 .

6. piemērs. Nosakiet līdz 200°C sakarsētas dzelzs stieples pretestību, ja tās pretestība 0°C temperatūrā bija 100 omi.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 omi.

7. piemērs. Pretestības termometra, kas izgatavots no platīna stieples, pretestība bija 20 omi telpā 15 ° C temperatūrā. Termometrs tika ievietots cepeškrāsnī un pēc kāda laika tika izmērīts tā pretestība. Tas izrādījās vienāds ar 29,6 omi. Nosakiet temperatūru cepeškrāsnī.

Elektrovadītspēja

Līdz šim vadītāja pretestību esam uzskatījuši par šķērsli, ko vadītājs nodrošina elektriskajai strāvai. Bet tomēr strāva plūst caur vadītāju. Tāpēc vadītājam papildus pretestībai (šķērslim) ir arī spēja vadīt elektrisko strāvu, tas ir, vadītspēju.

Jo lielāka pretestība ir vadītājam, jo ​​mazāka vadītspēja, jo sliktāk tas vada elektrisko strāvu, un otrādi, jo zemāka ir vadītāja pretestība, jo lielāka vadītspēja, jo vieglāk strāvai iziet cauri vadītājam. Tāpēc vadītāja pretestība un vadītspēja ir abpusēji lielumi.

No matemātikas ir zināms, ka 5 apgrieztais ir 1/5 un otrādi, 1/7 apgrieztais ir 7. Tāpēc, ja vadītāja pretestību apzīmē ar burtu r, tad vadītspēja ir definēta kā 1/ r. Vadītspēja parasti tiek apzīmēta ar burtu g.

Elektrisko vadītspēju mēra (1/Ohm) vai siemens.

8. piemērs. Vadītāja pretestība ir 20 omi. Nosakiet tā vadītspēju.

Ja r= 20 omi, tad

9. piemērs. Vadītāja vadītspēja ir 0,1 (1/Ohm). Nosakiet tā pretestību

Ja g = 0,1 (1/Ohm), tad r= 1/0,1 = 10 (omi)