Vara elektriskā pretestība omi x km. Elektrolītiskā vara priekšrocības

Kad aizvērta elektriskā ķēde, kura spailēs ir potenciālu starpība, a elektriskā strāva. Brīvie elektroni elektriskā lauka spēku ietekmē pārvietojas pa vadītāju. Savā kustībā elektroni saduras ar vadītāja atomiem un nodrošina tiem savu kinētiskā enerģija. 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, kas ir apzīmēta Latīņu burts r, ir ķermeņa vai vides īpašība pārveidot elektriskā enerģija pārvēršas siltumā, kad caur to iet elektriskā strāva.

Uz diagrammām elektriskā pretestība apzīmēts, 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 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 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 kiloomu(1kOhm vai 1kΩ),
1 000 000 omi tiek saukti par 1 megaohm(1 mOhm vai 1MΩ).

Salīdzinot vadītāju pretestību no dažādi materiāli 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 ir norādīts grieķu burts 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. Alumīnijs un dzelzs tiek plaši izmantoti arī kā vadītāji.

Vadītāja pretestību var noteikt pēc formulas:

Kur r– vadītāja pretestība omos; ρ – pretestība diriģents; 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 pretestību 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.

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 izmērītu strāvu, ķēdei pievienojam ampērmetru. Kad spole tiek uzkarsēta degļa liesmā, jūs ievērosiet, ka ampērmetra rādījumi samazināsies. Tas parāda, ka metāla stieples pretestība palielinās līdz ar karsēšanu.

Dažiem metāliem, karsējot par 100°, pretestība palielinās par 40–50%. Ir sakausējumi, kas nedaudz maina savu pretestību karsējot. 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 sastāv no platīna stieples, 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 temperatūras pretestības 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 termometram, kas izgatavots no platīna stieples, bija 20 omi pretestība 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 mēs esam uzskatījuši vadītāja pretestību 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)

Kā zināms no Oma likuma, strāva ķēdes daļā ir šādās attiecībās: I=U/R. Likumu 19. gadsimtā veica vācu fiziķa Georga Oma eksperimentu sērijā. Viņš pamanīja modeli: strāvas stiprums jebkurā ķēdes sadaļā ir tieši atkarīgs no sprieguma, kas tiek pielietots šai sekcijai, un apgriezti no tā pretestības.

Vēlāk tika konstatēts, ka sekcijas pretestība ir atkarīga no tā ģeometriskajiem raksturlielumiem šādi: R=ρl/S,

kur l ir vadītāja garums, S ir tā šķērsgriezuma laukums, un ρ ir noteikts proporcionalitātes koeficients.

Tādējādi pretestību nosaka vadītāja ģeometrija, kā arī tāds parametrs kā īpatnējā pretestība (turpmāk tekstā īpatnējā pretestība) - tā sauc šo koeficientu. Ja ņem divus vadītājus ar vienādu šķērsgriezumu un garumu un ievieto tos ķēdē pa vienam, tad, izmērot strāvu un pretestību, var redzēt, ka abos gadījumos šie rādītāji būs atšķirīgi. Tādējādi konkrētais elektriskā pretestība- tā ir īpašība materiālam, no kura izgatavots vadītājs, vai, vēl precīzāk, vielas.

Vadītspēja un pretestība

ASV parāda vielas spēju novērst strāvas pāreju. Bet fizikā arī ir abpusēja- vadītspēja. Tas parāda spēju vadīt elektrisko strāvu. Viņa izskatās šādi:

σ=1/ρ, kur ρ ir vielas pretestība.

Ja mēs runājam par vadītspēju, to nosaka šīs vielas lādiņu nesēju īpašības. Tātad metāliem ir brīvie elektroni. Uz ārējā apvalka to nav vairāk kā trīs, un atomam ir izdevīgāk tos “atdot”, kas notiek, kad ķīmiskās reakcijas ar vielām no periodiskās tabulas labās puses. Situācijā, kad mums ir tīrs metāls, tam ir kristāliska struktūra, kurā šie ārējie elektroni ir kopīgi. Tie ir tie, kas pārnes lādiņu, ja metālam tiek pielikts elektriskais lauks.

Šķīdumos lādiņu nesēji ir joni.

Ja mēs runājam par tādām vielām kā silīcijs, tad pēc īpašībām tā ir pusvadītājs un tas darbojas pēc nedaudz cita principa, bet par to vēlāk. Tikmēr izdomāsim, kā atšķiras šīs vielu klases:

Diriģenti;
Pusvadītāji;
Dielektriķi.

Vadītāji un dielektriķi

Ir vielas, kas gandrīz nevada strāvu. Tos sauc par dielektriķiem. Šādas vielas spēj polarizēties elektriskajā laukā, tas ir, to molekulas var griezties šajā laukā atkarībā no tā, kā tās tajās izplatās. elektroni. Bet, tā kā šie elektroni nav brīvi, bet kalpo saziņai starp atomiem, tie nevada strāvu.

Dielektriķu vadītspēja ir gandrīz nulle, lai gan starp tiem nav ideālu (tā ir tāda pati abstrakcija kā absolūti melns ķermenis vai ideāla gāze).

Konvencionālā jēdziena “vadītājs” robeža ir ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Starp šīm divām klasēm ir vielas, ko sauc par pusvadītājiem. Bet to klasifikācija atsevišķā vielu grupā ir saistīta ne tik daudz ar to starpstāvokli līnijā “vadītspēja - pretestība”, bet gan ar šīs vadītspējas iezīmēm dažādos apstākļos.

Atkarība no vides faktoriem

Vadītspēja nav pilnīgi nemainīga vērtība. Dati tabulās, no kurām ρ ņemts aprēķiniem, pastāv normāliem vides apstākļiem, tas ir, 20 grādu temperatūrai. Patiesībā ir grūti atrast tik ideālus apstākļus ķēdes darbībai; patiesībā ASV (un līdz ar to vadītspēja) ir atkarīga no šādiem faktoriem:

temperatūra;
spiediens;
magnētisko lauku klātbūtne;
gaisma;
agregācijas stāvoklis.

Dažādām vielām ir savs grafiks šī parametra mainīšanai dažādos apstākļos. Tādējādi feromagnēti (dzelzs un niķelis) to palielina, kad strāvas virziens sakrīt ar magnētiskā lauka līniju virzienu. Runājot par temperatūru, atkarība šeit ir gandrīz lineāra (pastāv pat temperatūras pretestības koeficienta jēdziens, un tā ir arī tabulas vērtība). Bet šīs atkarības virziens ir atšķirīgs: metāliem tas palielinās, palielinoties temperatūrai, un retzemju elementiem un elektrolītu šķīdumiem tas palielinās - un tas ir tajā pašā agregācijas stāvoklī.

Pusvadītājiem atkarība no temperatūras nav lineāra, bet gan hiperboliska un apgriezta: paaugstinoties temperatūrai, to vadītspēja palielinās. Tas kvalitatīvi atšķir vadītājus no pusvadītājiem. Šādi izskatās ρ atkarība no vadītāju temperatūras:

Šeit ir parādītas vara, platīna un dzelzs pretestības. Dažiem metāliem, piemēram, dzīvsudrabam, ir nedaudz atšķirīgs grafiks – temperatūrai nokrītot līdz 4 K, tas to gandrīz pilnībā zaudē (šo parādību sauc par supravadītspēju).

Un pusvadītājiem šī atkarība būs aptuveni šāda:

Pārejot uz šķidru stāvokli, metāla ρ palielinās, bet tad tie visi uzvedas atšķirīgi. Piemēram, kausētam bismutam tas ir zemāks nekā istabas temperatūrā, bet vara gadījumā tas ir 10 reizes lielāks nekā parasti. Niķelis atstāj lineāro grafiku vēl 400 grādu leņķī, pēc kura ρ samazinās.

Bet volframam ir tik liela temperatūras atkarība, ka tas izraisa kvēlspuldžu izdegšanu. Ieslēdzot, strāva silda spoli, un tā pretestība palielinās vairākas reizes.

Arī y. Ar. sakausējumi ir atkarīgi no to ražošanas tehnoloģijas. Tātad, ja mums ir darīšana ar vienkāršu mehānisku maisījumu, tad šādas vielas pretestību var aprēķināt, izmantojot vidējo, bet aizvietojošajam sakausējumam (tas ir, ja divi vai vairāki elementi tiek apvienoti vienā kristālrežģī) būs savādāk. , kā likums, daudz lielāks. Piemēram, nihromam, no kura tiek izgatavotas spirāles elektriskajām plītīm, šim parametram ir tāda vērtība, ka, pievienojot ķēdei, šis vadītājs uzsilst līdz apsārtumam (tāpēc tas tiek izmantots).

Šeit ir oglekļa tēraudu raksturlielums ρ:

Kā redzams, tuvojoties kušanas temperatūrai, tas stabilizējas.

Dažādu vadītāju pretestība

Lai kā arī būtu, aprēķinos ρ tiek izmantots precīzi normālos apstākļos. Šeit ir tabula, kurā varat salīdzināt šo dažādu metālu raksturlielumu:

Kā redzams no tabulas, labākais diriģents ir sudrabs. Un tikai tā izmaksas neļauj to plaši izmantot kabeļu ražošanā. ASV alumīnijs arī ir mazs, bet mazāks par zeltu. No tabulas kļūst skaidrs, kāpēc elektroinstalācijas mājās ir vai nu varš, vai alumīnijs.

Tabulā nav iekļauts niķelis, kuram, kā jau teicām, ir nedaudz neparasts y grafiks. Ar. uz temperatūru. Niķeļa pretestība pēc temperatūras paaugstināšanas līdz 400 grādiem sāk nevis palielināties, bet gan kristies. Tas interesanti darbojas arī citos aizvietošanas sakausējumos. Šādi darbojas vara un niķeļa sakausējums atkarībā no abu procentuālā daudzuma:

Un šis interesantais grafiks parāda cinka un magnija sakausējumu pretestību:

Augstas pretestības sakausējumi tiek izmantoti kā materiāli reostatu ražošanai, šeit ir to īpašības:

Tie ir sarežģīti sakausējumi, kas sastāv no dzelzs, alumīnija, hroma, mangāna un niķeļa.

Kas attiecas uz oglekļa tēraudiem, tas ir aptuveni 1,7 * 10 ^-7 Ohm m.

Atšķirība starp y. Ar. Dažādos vadītājus nosaka to pielietojums. Tādējādi varš un alumīnijs tiek plaši izmantoti kabeļu ražošanā, un zelts un sudrabs tiek izmantoti kā kontakti vairākos radiotehnikas izstrādājumos. Augstas pretestības vadītāji ir atraduši savu vietu starp elektroierīču ražotājiem (precīzāk, tie tika izveidoti šim nolūkam).

Šī parametra mainīgums atkarībā no vides apstākļiem veidoja pamatu tādām ierīcēm kā magnētiskā lauka sensori, termistori, deformācijas mērītāji un fotorezistori.

Vielas un materiālus, kas spēj vadīt elektrisko strāvu, sauc par vadītājiem. Pārējie tiek klasificēti kā dielektriķi. Bet nav tīru dielektriķu, tie visi arī vada strāvu, bet tās lielums ir ļoti mazs.

Bet vadītāji arī vada strāvu atšķirīgi. Saskaņā ar Georga Oma formulu strāva, kas plūst caur vadītāju, ir lineāri proporcionāla tam pieliktā sprieguma lielumam un apgriezti proporcionāla daudzumam, ko sauc par pretestību.

Pretestības mērvienība tika nosaukta par Ohm par godu zinātniekam, kurš atklāja šīs attiecības. Bet izrādījās, ka vadītājiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem un kuriem ir vienādi ģeometriskie izmēri, ir atšķirīga elektriskā pretestība. Lai noteiktu zināma garuma un šķērsgriezuma vadītāja pretestību, tika ieviests pretestības jēdziens - koeficients, kas ir atkarīgs no materiāla.

Rezultātā zināma garuma un šķērsgriezuma vadītāja pretestība būs vienāda ar

Pretestība attiecas ne tikai uz cietiem materiāliem, bet arī uz šķidrumiem. Bet tā vērtība ir atkarīga arī no piemaisījumiem vai citām sastāvdaļām izejmateriālā. Tīrs ūdens nevada elektrisko strāvu, jo tas ir dielektrisks. Bet destilēts ūdens dabā nepastāv, tas vienmēr satur sāļus, baktērijas un citus piemaisījumus. Šis kokteilis ir elektriskās strāvas vadītājs ar pretestību.

Ieviešot metālos dažādas piedevas, tiek iegūti jauni materiāli - sakausējumi, kura pretestība atšķiras no oriģinālā materiāla pretestības, pat ja procentuālā piedeva tam ir nenozīmīga.

Pretestības atkarība no temperatūras

Materiālu pretestības ir norādītas atsauces grāmatās temperatūrām, kas ir tuvu istabas temperatūrai (20 °C). Paaugstinoties temperatūrai, materiāla pretestība palielinās. Kāpēc tas notiek?

Materiāla iekšpusē tiek vadīta elektriskā strāva brīvie elektroni. Elektriskā lauka ietekmē tie tiek atdalīti no atomiem un pārvietojas starp tiem šī lauka norādītajā virzienā. Vielas atomi veido kristāla režģi, starp kura mezgliem pārvietojas elektronu plūsma, ko sauc arī par "elektronu gāzi". Temperatūras ietekmē režģa mezgli (atomi) vibrē. Arī paši elektroni nepārvietojas pa taisnu līniju, bet gan pa sarežģītu ceļu. Tajā pašā laikā tie bieži saduras ar atomiem, mainot to trajektoriju. Dažos laika punktos elektroni var pārvietoties virzienā, kas ir pretējs elektriskās strāvas virzienam.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās atomu vibrāciju amplitūda. Biežāk notiek elektronu sadursme ar tiem, elektronu plūsmas kustība palēninās. Fiziski tas izpaužas kā pretestības palielināšanās.

Piemērs pretestības atkarībai no temperatūras ir kvēlspuldzes darbība. Volframa spirālei, no kuras tiek izgatavots kvēldiegs, ieslēgšanas brīdī ir zema pretestība. Strāvas pieplūdums ieslēgšanas brīdī to ātri uzsilda, pretestība palielinās, un strāva samazinās, kļūstot nomināla.

Tas pats process notiek ar nihroma sildelementiem. Tāpēc nav iespējams aprēķināt to darbības režīmu, nosakot zināma šķērsgriezuma nihroma stieples garumu, lai radītu nepieciešamo pretestību. Aprēķiniem ir nepieciešama apsildāmās stieples pretestība, un atsauces grāmatās ir norādītas istabas temperatūras vērtības. Tāpēc nihroma spirāles galīgais garums tiek pielāgots eksperimentāli. Aprēķini nosaka aptuveno garumu, un, regulējot, pakāpeniski saīsiniet vītni pa sekcijai.

Temperatūras pretestības koeficients

Bet ne visās ierīcēs vadītāja pretestības atkarība no temperatūras ir izdevīga. Mērīšanas tehnoloģijā ķēdes elementu pretestības maiņa rada kļūdu.

Lai kvantitatīvi noteiktu materiāla pretestības atkarību no temperatūras, jēdziens pretestības temperatūras koeficients (TCR). Tas parāda, cik ļoti mainās materiāla pretestība, temperatūrai mainoties par 1°C.

Elektronisko komponentu ražošanai - rezistori, ko izmanto mērīšanas iekārtu ķēdēs, tiek izmantoti materiāli ar zemu TCR. Tie ir dārgāki, taču ierīces parametri nemainās plašā apkārtējās vides temperatūras diapazonā.

Bet tiek izmantotas arī materiālu īpašības ar augstu TCS. Dažu temperatūras sensoru darbība ir balstīta uz izmaiņām materiāla pretestībā, no kura izgatavots mērīšanas elements. Lai to izdarītu, jums ir jāuztur stabils barošanas spriegums un jāmēra strāva, kas iet caur elementu. Kalibrējot ierīces skalu, kas mēra strāvu pret standarta termometru, tiek iegūts elektroniskais temperatūras mērītājs. Šo principu izmanto ne tikai mērījumiem, bet arī pārkaršanas sensoriem. Ierīces atspējošana, ja rodas neparasti darbības apstākļi, kas izraisa transformatoru vai jaudas pusvadītāju elementu tinumu pārkaršanu.

Elektrotehnikā tiek izmantoti arī elementi, kas maina savu pretestību nevis no apkārtējās vides temperatūras, bet gan no strāvas caur tiem - termistori. To izmantošanas piemērs ir televizoru un monitoru katodstaru lampu demagnetizācijas sistēmas. Pieliekot spriegumu, rezistora pretestība ir minimāla, un strāva caur to nonāk demagnetizācijas spolē. Bet tā pati strāva silda termistora materiālu. Tā pretestība palielinās, samazinot strāvu un spriegumu visā spolē. Un tā tālāk, līdz tas pilnībā izzūd. Rezultātā spolei tiek pielikts sinusoidālais spriegums ar vienmērīgi sarūkošu amplitūdu, radot savā telpā tādu pašu magnētisko lauku. Rezultāts ir tāds, ka laikā, kad caurules kvēldiegs uzsilst, tas jau ir demagnetizēts. Un vadības ķēde paliek bloķēta, līdz ierīce tiek izslēgta. Tad termistori atdzisīs un atkal būs gatavi darbam.

Supravadītspējas fenomens

Kas notiek, ja materiāla temperatūra tiek pazemināta? Pretestība samazināsies. Ir robeža, līdz kurai temperatūra pazeminās, ko sauc absolūtā nulle. Šis - 273°C. Zem šīs robežas temperatūras nav. Pie šīs vērtības jebkura vadītāja pretestība ir nulle.

Pie absolūtās nulles kristāla režģa atomi pārstāj vibrēt. Tā rezultātā elektronu mākonis pārvietojas starp režģa mezgliem, nesaduroties ar tiem. Materiāla pretestība kļūst par nulli, kas paver iespēju iegūt bezgalīgi lielas strāvas maza šķērsgriezuma vadītājos.

Supravadītspējas fenomens paver jaunus apvāršņus elektrotehnikas attīstībai. Bet joprojām pastāv grūtības, kas saistītas ar šī efekta radīšanai nepieciešamās īpaši zemās temperatūras iegūšanu sadzīves apstākļos. Kad problēmas tiks atrisinātas, elektrotehnika pāries uz jaunu attīstības līmeni.

Piemēri pretestības vērtību izmantošanai aprēķinos

Mēs jau esam iepazinušies ar nihroma stieples garuma aprēķināšanas principiem sildelementa izgatavošanai. Bet ir arī citas situācijas, kad ir nepieciešamas zināšanas par materiālu pretestību.

Aprēķinam zemējuma ierīču kontūras tiek izmantoti tipiskām augsnēm atbilstoši koeficienti. Ja augsnes tips zemes cilpas vietā nav zināms, tad pareiziem aprēķiniem vispirms tiek mērīta tās pretestība. Tādā veidā aprēķinu rezultāti ir precīzāki, kas novērš nepieciešamību pielāgot ķēdes parametrus ražošanas laikā: pievienojot elektrodu skaitu, kā rezultātā palielinās zemējuma ierīces ģeometriskie izmēri.

To aktīvās pretestības aprēķināšanai tiek izmantota to materiālu pretestība, no kuriem izgatavotas kabeļu līnijas un kopnes. Pēc tam izmantojiet to pie nominālās slodzes strāvas tiek aprēķināta sprieguma vērtība līnijas galā. Ja tā vērtība izrādās nepietiekama, tad vadītāju šķērsgriezumi tiek palielināti iepriekš.

Elektriskā pretestība, vai vienkārši pretestība viela - fizikāls lielums, kas raksturo vielas spēju novērst elektriskās strāvas pāreju.

Pretestību apzīmē ar grieķu burtu ρ. Pretestības apgriezto vērtību sauc par īpatnējo vadītspēju (elektrisko vadītspēju). Atšķirībā no elektriskās pretestības, kas ir īpašums diriģents un atkarībā no tā materiāla, formas un izmēra elektriskā pretestība ir tikai īpašība vielas.

Viendabīga vadītāja elektriskā pretestība ar pretestību ρ, garums l un šķērsgriezuma laukums S var aprēķināt, izmantojot formulu R = ρ ⋅ l S (\displaystyle R=(\frac (\rho \cdot l)(S)))(tiek pieņemts, ka gar vadītāju nemainās ne laukums, ne šķērsgriezuma forma). Attiecīgi attiecībā uz ρ mums ir ρ = R ⋅ S l .

(\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)).)

No pēdējās formulas izriet: vielas pretestības fizikālā nozīme ir tāda, ka tā apzīmē no šīs vielas izgatavota viendabīga vadītāja pretestību ar vienības garumu un šķērsgriezuma laukumu.

1 / 5

Enciklopēdisks YouTube Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) pretestības mērvienība ir omi · . No attiecībāmρ = R ⋅ S l (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)))

Tehnoloģijā tiek izmantota arī novecojusi nesistēmiska vienība Ohm mm²/m, kas vienāda ar 10 −6 no 1 Ohm m. Šī vienība ir vienāda ar vielas pretestību, pie kuras no šīs vielas izgatavotam viendabīgam 1 m garam vadītājam ar šķērsgriezuma laukumu 1 mm² ir pretestība, kas vienāda ar 1 omu. Attiecīgi vielas pretestība, kas izteikta šajās vienībās, ir skaitliski vienāda ar no šīs vielas izgatavotas elektriskās ķēdes sekcijas pretestību, kuras garums ir 1 m un šķērsgriezuma laukums ir 1 mm².

Pretestības jēdziena vispārinājums

Pretestību var noteikt arī nevienmērīgam materiālam, kura īpašības atšķiras no punkta uz punktu. Šajā gadījumā tā nav konstante, bet koordinātu skalāra funkcija - koeficients, kas attiecas uz elektriskā lauka intensitāti E → (r →) (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))) un strāvas blīvums J → (r →) (\displaystyle (\vec (J)) ((\vec (r))))šajā brīdī r → (\displaystyle (\vec (r))). Šīs attiecības ir izteiktas ar Oma likumu diferenciālā formā:

E → (r →) = ρ (r →) J → (r →) .

(\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))=\rho ((\vec (r)))(\vec (J))((\vec (r))).)

Šī formula ir derīga neviendabīgai, bet izotropai vielai. Viela var būt arī anizotropa (lielākā daļa kristālu, magnetizēta plazma utt.), Tas ir, tās īpašības var būt atkarīgas no virziena. Šajā gadījumā pretestība ir no koordinātām atkarīgs otrā ranga tensors, kas satur deviņus komponentus. Anizotropā vielā strāvas blīvuma un elektriskā lauka intensitātes vektori katrā konkrētajā vielas punktā nav kopīgi virzīti; saistību starp tām izsaka attiecības

E i (r →) = ∑ j = 1 3 ρ i j (r →) J j (r →) . (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) Anizotropā, bet viendabīgā vielā tenzors

ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) nav atkarīgs no koordinātām. Tenzors simetrisks, tas ir, jebkuram i (\displaystyle i) Un j (\displaystyle j).

skrienot (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).)ρ i j = ρ j i (\displaystyle \rho _(ij)=\rho _(ji)) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) Kā jebkuram simetriskam tenzoram, par jūs varat izvēlēties ortogonālu Dekarta koordinātu sistēmu, kurā matrica kļūst (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) diagonāli , tas ir, tas iegūst formu, kādā no deviņām sastāvdaļām, Tikai trīs nav nulles:, tas ir, jebkuram ρ 11 (\displaystyle \rho _(11))ρ 22 (\displaystyle \rho _(22)) ρ i i (\displaystyle \rho _(ii)) kā iepriekšējās formulas vietā iegūstam vienkāršāku

E i = ρ i J i .

(\displaystyle E_(i)=\rho _(i)J_(i).) Daudzumiρ i (\displaystyle \rho _(i)) sauca galvenās vērtības

pretestības tenzors.

Saistība ar vadītspēju Izotropos materiālos attiecības starp pretestībuρ (\displaystyle\rho) un īpatnējā vadītspējaσ (\displaystyle \sigma )

izteikta ar vienlīdzību

ρ = 1 σ. (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).)(\displaystyle \rho =(\frac (1)(\sigma )).)

Anizotropu materiālu gadījumā attiecības starp pretestības tenzora komponentiem

un vadītspējas tensors ir sarežģītāks. Patiešām, Ohma likumam diferenciālā formā anizotropiem materiāliem ir šāda forma: J i (r →) = ∑ j = 1 3 σ i j (r →) E j (r →) .(\displaystyle J_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\sigma _(ij)((\vec (r)))E_(j)(( \vec (r))).)

No šīs vienlīdzības un iepriekš dotās attiecības for E i (r →) (\displaystyle E_(i)((\vec (r))))

Kur no tā izriet, ka pretestības tensors ir vadītspējas tensora apgrieztais rādītājs. Ņemot to vērā, pretestības tenzora komponentiem:ρ 11 = 1 det (σ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(11)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 22)\sigma _(33)-\sigma _(23)\sigma _(32)],) ρ 12 = 1 det (σ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(12)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 33)\sigma _(12)-\sigma _(13)\sigma _(32)],) det (σ) (\displaystyle \det(\sigma)) 1 , 2 , tas ir, jebkuram 3 .

- no tenzoru komponentiem sastāvošas matricas determinants

σ i j (\displaystyle \sigma _(ij))

. Atlikušās pretestības tenzora sastāvdaļas tiek iegūtas no iepriekš minētajiem vienādojumiem indeksu cikliskas pārkārtošanās rezultātā

Dažu vielu elektriskā pretestība	Metāla monokristāli	Tabulā parādītas monokristālu pretestības tenzora galvenās vērtības 20 °C temperatūrā.
Kristāls	9,9	14,3
ρ 1 =ρ 2, 10 -8 omi m	109	138
ρ 3, 10–8 omi m	6,8	8,3
Alva	5,91	6,13

Bismuts

Ir svarīgi saprast atšķirības starp līdzstrāvas elektrisko pretestību un maiņstrāvas elektrisko pretestību. Pirmajā gadījumā pretestību izraisa tikai līdzstrāvas iedarbība uz vadītāju. Otrajā gadījumā maiņstrāva (tā var būt jebkuras formas: sinusoidāla, taisnstūrveida, trīsstūrveida vai patvaļīga) rada papildu virpuļlauku vadītājā, kas arī rada pretestību.

Fiziskā reprezentācija

Tehniskajos aprēķinos, kas saistīti ar dažāda diametra kabeļu ieguldīšanu, tiek izmantoti parametri, lai aprēķinātu nepieciešamo kabeļa garumu un tā elektriskās īpašības. Viens no galvenajiem parametriem ir pretestība. Elektriskās pretestības formula:

ρ = R * S / l, kur:

ρ ir materiāla pretestība;
R ir noteikta vadītāja ohmiskā elektriskā pretestība;
S - šķērsgriezums;
l - garums.

Izmēru ρ mēra omi mm 2 /m vai, saīsinot formulu - Ohm m.

Vienai un tai pašai vielai ρ vērtība vienmēr ir vienāda. Tāpēc šī ir konstante, kas raksturo diriģenta materiālu. Parasti tas ir norādīts katalogos. Pamatojoties uz to, jau ir iespējams aprēķināt tehniskos daudzumus.

Ir svarīgi teikt par īpatnējo elektrovadītspēju. Šī vērtība ir materiāla pretestības apgrieztā vērtība, un to izmanto vienādi ar to. To sauc arī par elektrisko vadītspēju. Jo augstāka šī vērtība, jo labāk metāls vada strāvu. Piemēram, vara vadītspēja ir 58,14 m/(Ohm mm2). Vai arī SI mērvienībās: 58 140 000 S/m. (Siemens uz metru ir elektriskās vadītspējas SI vienība).

Mēs varam runāt par pretestību tikai tādu elementu klātbūtnē, kas vada strāvu, jo dielektriķiem ir bezgalīga vai tuvu bezgalīgai elektriskā pretestība. Turpretim metāli ir ļoti labi strāvas vadītāji. Metāla vadītāja elektrisko pretestību var izmērīt, izmantojot miliohmetru vai vēl precīzāku mikroohmetru. Vērtību mēra starp to zondēm, kas pieliktas vadītāja sekcijai. Tie ļauj pārbaudīt ķēdes, vadus, motoru un ģeneratoru tinumus.

Metāli atšķiras pēc to spējas vadīt strāvu. Dažādu metālu pretestība ir parametrs, kas raksturo šo atšķirību. Dati tiek sniegti, ja materiāla temperatūra ir 20 grādi pēc Celsija:

Parametrs ρ parāda, kāda pretestība būs skaitītāja vadītājam ar šķērsgriezumu 1 mm 2. Jo augstāka šī vērtība, jo lielāka ir vēlamā noteikta garuma stieples elektriskā pretestība. Mazākais ρ, kā redzams no saraksta, ir sudrabs, šī materiāla viena metra pretestība būs vienāda ar tikai 0,015 omi, taču tas ir pārāk dārgs metāls, lai to izmantotu rūpnieciskā mērogā. Tālāk nāk varš, kas dabā ir daudz biežāk sastopams (nevis dārgmetāls, bet gan krāsains metāls). Tāpēc vara elektroinstalācija ir ļoti izplatīta.

Varš ir ne tikai labs elektriskās strāvas vadītājs, bet arī ļoti elastīgs materiāls. Pateicoties šai īpašībai, vara elektroinstalācija labāk pieguļ un ir izturīga pret locīšanu un stiepšanu.

Vara tirgū ir ļoti pieprasīts. No šī materiāla tiek izgatavoti daudzi dažādi produkti:

Milzīgs diriģentu klāsts;
Auto daļas (piem., radiatori);
Pulksteņu mehānismi;
Datoru sastāvdaļas;
Elektrisko un elektronisko ierīču daļas.

Vara elektriskā pretestība ir viena no labākajām starp strāvu vadošajiem materiāliem, tāpēc uz tās pamata tiek radīti daudzi elektrorūpniecības produkti. Turklāt varu ir viegli lodēt, tāpēc tas ir ļoti izplatīts radioamatieru vidē.

Vara augstā siltumvadītspēja ļauj to izmantot dzesēšanas un sildīšanas ierīcēs, un tā plastiskums ļauj izveidot mazākās detaļas un plānākos vadītājus.

Elektriskās strāvas vadītāji ir pirmā un otrā veida. Pirmā veida vadītāji ir metāli. Otrā tipa vadītāji ir vadoši šķidrumu šķīdumi. Pirmā tipa strāvu nes elektroni, un otrā tipa vadītājos strāvas nesēji ir joni, lādētas elektrolītiskā šķidruma daļiņas.

Mēs varam runāt tikai par materiālu vadītspēju apkārtējās vides temperatūras kontekstā. Augstākā temperatūrā pirmā tipa vadītāji palielina savu elektrisko pretestību, bet otrā, gluži pretēji, samazinās. Attiecīgi ir materiālu pretestības temperatūras koeficients. Vara pretestība Ohm m palielinās, palielinoties karsēšanai. Temperatūras koeficients α ir atkarīgs tikai no materiāla, un dažādiem metāliem un sakausējumiem šī vērtība ir vienāda ar šādiem rādītājiem:

Sudrabs - 0,0035;
Dzelzs - 0,0066;
Platīns - 0,0032;
Varš - 0,0040;
Volframs - 0,0045;
Dzīvsudrabs - 0,0090;
Konstantāna - 0,000005;
Niķelīns - 0,0003;
Nihroms - 0,00016.

Vadītāja sekcijas elektriskās pretestības vērtības noteikšanu paaugstinātā temperatūrā R (t) aprēķina pēc formulas:

R (t) = R (0) · , kur:

R (0) - pretestība sākotnējā temperatūrā;
α - temperatūras koeficients;
t - t (0) - temperatūras starpība.

Piemēram, zinot vara elektrisko pretestību 20 grādos pēc Celsija, varat aprēķināt, kāda tā būs 170 grādu temperatūrā, tas ir, sildot par 150 grādiem. Sākotnējā pretestība palielināsies par 1,6.

Paaugstinoties temperatūrai, materiālu vadītspēja, gluži pretēji, samazinās. Tā kā šī ir elektriskās pretestības apgrieztā vērtība, tā samazinās tieši par tādu pašu summu. Piemēram, vara elektrovadītspēja, kad materiāls tiek uzkarsēts par 150 grādiem, samazināsies 1,6 reizes.

Ir sakausējumi, kas, mainoties temperatūrai, praktiski nemaina savu elektrisko pretestību. Tas ir, piemēram, konstantāns. Kad temperatūra mainās par simts grādiem, tā pretestība palielinās tikai par 0,5%.

Materiālu vadītspēja pasliktinās līdz ar siltumu, bet, pazeminoties temperatūrai, tā uzlabojas. Tas ir saistīts ar supravadītspējas fenomenu. Ja jūs pazemināsit vadītāja temperatūru zem -253 grādiem pēc Celsija, tā elektriskā pretestība strauji samazināsies: gandrīz līdz nullei. Šajā sakarā samazinās elektroenerģijas pārvades izmaksas. Vienīgā problēma bija vadītāju atdzesēšana līdz šādai temperatūrai. Tomēr, ņemot vērā nesen atklātos augstas temperatūras supravadītājus, kuru pamatā ir vara oksīdi, materiāli ir jāatdzesē līdz pieņemamām vērtībām.