Сформулируйте определение электрического сопротивления. Электричество, ток, напряжение, сопротивление и мощность. Резисторы в электрической цепи

— электротехническая величина, которая характеризует свойство материала препятствовать протеканию электрического тока. В зависимости от вида материала, сопротивление может стремиться к нулю — быть минимальным (мили/микро омы — проводники, металлы), или быть очень большим (гига омы — изоляция, диэлектрики). Величина обратная электрическому сопротивлению — это .

Единица измерения электрического сопротивления — Ом . Обозначается буквой R. Зависимость сопротивления от тока и в замкнутой цепи определяется .

Омметр — прибор для прямого измерения сопротивления цепи. В зависимости от диапазона измеряемой величины, подразделяются на гигаомметры (для больших сопротивление — при измерении изоляции), и на микро/милиомметры (для маленьких сопротивлений — при измерении переходных сопротивлений контактов, обмоток двигателей и др.).

Существует большое разнообразие омметров по конструктиву разных производителей, от электромеханических до микроэлектронных. Стоит отметить, что классический омметр измеряет активную часть сопротивления (так называемые омики).

Любое сопротивление (металл или полупроводник) в цепи переменного токаимеет активную и реактивную составляющую. Сумма активного и реактивного сопротивления составляют полное сопротивление цепи переменного тока и вычисляется по формуле:

где, Z — полное сопротивление цепи переменного тока;

R — активное сопротивление цепи переменного тока;

Xc — емкостное реактивное сопротивление цепи переменного тока;

(С- емкость, w — угловая скорость переменного тока)

Xl — индуктивное реактивное сопротивление цепи переменного тока;

(L- индуктивность, w — угловая скорость переменного тока).

Активное сопротивление — это часть полного сопротивления электрической цепи, энергия которого полностью преобразуется в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую). Отличительным свойством активной составляющей — полное потребление всей электроэнергии (в сеть обратно в сеть энергия не возвращается), а реактивное сопротивление возвращает часть энергии обратно в сеть (отрицательное свойство реактивной составляющей).

Физический смысл активного сопротивления

Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.

Таким образом, происходит падение (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.

Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.

Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.

Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, «дырки» в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.

Физический смысл реактивного сопротивления

В катушках и конденсаторах при подаче происходит накопление энергии в виде магнитных и электрических полей, что требует некоторого времени.

Магнитные поля в сетях переменного тока изменяются вслед за меняющимся направлением движения зарядов, при этом оказывая дополнительное сопротивление.

Кроме того, возникает устойчивый сдвиг фаз и силы тока, а это приводит к дополнительным потерям электроэнергии.

Удельное сопротивление

Как узнать сопротивление материала, если по нему не течет и у нас нет омметра? Для это существует специальная величина —удельное электрическое сопротивление материало в

(это табличные значения, которые определены опытным путем для большинства металлов). С помощью этого значения и физических величин материала, мы можем вычислить сопротивление по формуле:

где,p — удельное сопротивление (единицы измерения ом*м/мм 2);

l — длина проводника (м);

S — поперечное сечение (мм 2).

Сущность понятия «сопротивление»

Определение 1

Сопротивление - физическая величина, характеризующая среду (проводник), через которую протекает электрический ток.

С физической точки зрения сопротивление обусловлено тем, что заряженные частицы, перемещаясь от одного конца проводника к другому, сталкиваются с атомами его кристаллической решетки или другими элементарными частицами среды. Поэтому протекание тока в обычных условиях связано с выделением некоторого количества тепла за счет таких соударений, т.е. с потерями энергии.

Замечание 1

При охлаждении проводников до сверхнизких температур в них возникает явление сверхпроводимости, когда сопротивление становится равным нулю.

Сопротивление зависит от следующих факторов:

материал (например, сопротивление у вольфрама выше, чем у меди);
геометрическая форма (чем длиннее проводник и тоньше его сечение - тем больше сопротивление);
температура (чем она выше, тем больше сопротивление) и т.д.

Из закона Ома сопротивление можно выразить как

$R = \frac{U}{I}$,

где $U$ - напряжение, $I$ - сила тока.

Единица измерения сопротивления

В системе СИ сопротивление измеряется в Омах.

Замечание 2

Единица измерения Ом названа в честь немецкого физика Георга Ома (1787 - 1854 гг.), внесшего большой вклад в развитие электротехники.

В систему СИ Ом был введен в 1960 году. В Российской Федерации действует ГОСТ 8.417-2002, в котором в качестве единицы измерения электрического сопротивления также указан Ом.

Ом - производная единица, равная сопротивлению проводника, по которому протекает ток силой 1 ампер вызывая падение напряжения на концах этого проводника 1 вольт. Вольт для СИ - внесистемная единица, поэтому Ом выражается через килограммы, секунды и амперы:

$Ом = \frac{м^2 \cdot кг}{с^3 \cdot А^2}$.

В системе «Сантиметр, грамм, секунда» (СГС) единица сопротивления не имеет собственного названия, равно как единицы силы тока и напряжения. Для пересчета сопротивления между системами СГС и СИ используется соотношение:

$1 ед. СГС = 9 \cdot 10^11 Ом$.

В системе СГСЭ и системе Гаусса сопротивление измеряется в статах. Стат представляет собой частное от деления напряжения, выраженного в статвольтах, на силу тока, выраженную в статамперах.

$1 stat \approx 8,99 \cdot 10^11 Ом$.

В системе СГСМ сопротивление измеряется в абомах (напряжение - в абвольтах, сила тока - в абамперах):

$1 abom = 1нОм = 10^{-9} Ом$.

Для измерения электрического сопротивления используют омметры - приборы, оснащенные собственными источниками тока. Современные приборы такого типа показывают результат измерения на электронных табло. Старые омметры показывали результат посредством механических стрелок, что менее практично, зато наглядно демонстрирует природу измеряемой величины.

Стрелка классического омметра прикреплена к вращающейся в постоянном магнитном поле токопроводящей подпружиненной рамке, при пропускании тока через которую возникает электромагнитная сила, взаимодействующая с магнитным полем. Чем больший течет ток через проводник, тем, сильнее отклоняется стрелка и, следовательно, меньше сопротивление. Поэтому показания на шкалах таких приборов часто отсчитывается не слева направо, а справа налево.

Рисунок 1. Шкала омметра (верхняя) с отсчетом величины справа налево. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

На практике часто используют кратные Ому единицы измерения - килоомы, мегаомы.

Для маркировки резисторов - электронных компонентов с заданным сопротивлением - применяется система цветных полосок, позволяющая не наносить на детали плохо читаемый мелкий текст.

Электри́ческое сопротивле́ние - физическая величина , характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока , протекающего по нему .

Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления . Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r ) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

R = U I , {\displaystyle R={\frac {U}{I}},} R - сопротивление, Ом; U - разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В; I - сила тока , протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ 8 кл - 129. Работа и мощность электрического тока

✪ Урок 358. Активное сопротивление в цепи переменного тока. Действующее значение тока и напряжения

✪ Урок 305. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость.

✪ Урок 296. Температурная зависимость сопротивления металлов. Сверхпроводимость

✪ 8 кл - 110. Электрическая цепь и ее составные части

Субтитры

Единицы и размерности

статом (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 statΩ = (10 9 −2) /см = 898 755 178 736,818 Ом (точно) ≈ 8,98755·10 11 Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 статвольт течёт ток 1 статампер );
абом (в СГСМ, 1 abΩ = 1·10 −9 Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 абвольт течёт ток 1 абампер ).

Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна TL −1 (то есть совпадает с размерностью обратной скорости , с/см), в СГСМ - LT −1 (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с) .

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность , единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом −1), в системе СГСЭ (и гауссовой) статсименс и в СГСМ - абсименс .

Физика явления

Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока - электронов проводимости , образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому . Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля , которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс , а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока .

Удельное сопротивление - скалярная физическая величина , численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.

Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры (в некотором диапазоне) растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника

В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.

Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.

Сопротивление происходит от слова “сопротивляться”. В электронике есть такое понятие, как Ом. Что это такое и с чем его едят? Для более развернутого ответа, давайте рассмотрим вот такую схему:

Буквы в кружочках – это измерительные приборы

Вольтметр служит для измерения напряжения , а амперметр – для измерения силы тока . Как ими правильно пользоваться читаем в этой статье.

Итак, если пропустить по проводу электрический ток с силой тока в 1 Ампер, а на концах этого провода у нас появится напряжение в 1 Вольт, это значит, что наш провод обладает сопротивлением в 1 Ом.

В электротехнике и электронике сопротивление обозначается буквой R . Например, тело человека имеет сопротивление от нескольких сотен Ом и до 100 кОм. Для расчетов берут 1 кОм. Это зависит от многих факторов, таких как пол, возраст, состояние кожи, сила прикосновения проводников к коже, уровень алкоголя в крови и тд. Медный провод длиной в метр и сечением в 1 мм 2 имеет сопротивление 0,1 Ом.

От чего зависит сопротивление

Какой из предметов будет оказывать большее сопротивление электрическому току?

Садовый шланг

или нефтяная магистраль?

Конечно же садовый шланг. Почему? Да потому что его диаметр намного меньше, чем у нефтяной магистрали.

А теперь ответьте на такой вопрос, какой шланг будет обладать большим сопротивлением, с учетом того, что их длины и диаметры равны?

Гофрированный

или гладкий?

Разумеется гофрированный. Его стенки будут препятствовать потоку воды.

И еще один нюанс. У нас есть садовый гофрированный шланг. Мы обрезали от него небольшую длину, но все равно остался еще большой моток шланга

У какого шланга будет большее сопротивление потоку воды? Думаю, у того, который длиннее.

Формула сопротивления

Как ни странно, но дела с проводом обстоят точно также. Чем тоньше и длиннее провод, тем больше его сопротивление электрическому току. Большую роль играет также материал, из которого он изготовлен. Различные материалы по разному проводят электрический ток. Есть те, которые замечательно проводят ток, типа серебра, а есть те, которые почти не пропускают через себя электрический ток, типа фарфора.

Поэтому, формула будет иметь такой вид:

В технике до сих пор применяется устаревшая единица измерения удельного сопротивления Ом х мм 2 /м. Чтобы перевести в Ом х м , достаточно умножить на 10 -6 , так как 1 мм 2 =10 -6 м 2 .

Как вы видите из таблицы выше, самым маленьким удельным сопротивлением обладает серебро, поэтому провод из серебра будет наилучшим проводником в конструировании радиоэлектронных устройств. Ну а самым распространенными и дешевыми – медь и алюминий. Именно эти два металла в основном используются во всей электронной и электротехнической промышленности.

Вещества, которые оказывают наименьшее сопротивление электрическому току и обладают очень малым сопротивлением называются проводниками , а вещества, которые обладают ну очень большим сопротивлением электрическому току и почти его не пропускают через себя, называются диэлектриками . Между ними стоит класс полупроводников .

Резисторы

В электронике уже имеются специальные радиоэлектронные компоненты. Их называют .

Существуют постоянные резисторы, у которых сопротивление практически не меняется:

а есть также и переменные резисторы:

С помощью них можно изменять сопротивление в каком-либо определенном диапазоне.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

В электрических схемах постоянные резисторы обозначаются так:

переменные выглядят немного по-другому

Все вышеописанные резисторы можно соединять параллельно или последовательно. При параллельном соединении выводы резисторов соединятся в общих точках.

В этом случае, чтобы узнать общее сопротивление всех резисторов в цепи, достаточно будет воспользоваться формулой, где значение между точками А и В (R AB) и есть то самое R общее:

При последовательном соединении номиналы резисторов просто суммируются

В этом случае

Резюме

Сопротивление играет главную роль в электронике и электротехнике. Любой материал во Вселенной обладает сопротивлением электрическому току. Некоторые материалы очень плохо пропускают через себя электрический ток, а некоторые материалы, такие как серебро и медь, обладают очень малым сопротивлением и отлично пропускают через себя электрический ток.

На сопротивление влияют также такие параметры, как материал, площадь поперечного сечения материала, а также его длина. Материалы, которые отлично проводят через себя электрический ток называются проводниками, а которые препятствую протеканию электрического тока – диэлектриками.

Резисторы – специальные радиоэлементы в электронике, которые обладают определенным номиналом сопротивления и выполняют различные функции.

Для безопасной работы на сетях электроснабжения, а также элементарного понимания законов работы электрического поля необходимо обладать хотя бы первичными знаниями основных законов физики и знать определение напряжения тока и сопротивления материалов. В данной статье рассмотрены препятствия для прохождения тока, что такое сопротивление, и основная формула для его вычисления, а также, что такое резистор, и для чего он необходим.

Определение сопротивления

В пособиях по физике приводится следующее определение указанному явлению. Электрическое сопротивление проводника – это физическая величина, которая указывает на свойства материала препятствовать свободному прохождению тока от исходной точки на потребителя. Данный показатель равен отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по кабелю. Существует несколько видов сопротивления на основании свойств материала, к таким типам относятся:

Сопротивление проводников, близкое к нулю. В данном случае способность препятствовать свободному движению тока по кабелю очень низкая, к материалам с подобными характеристиками можно отнести металлическую проводку, выполненную из цветмета;
Минимальное сопротивление проводника. Ток по такому материалу протекает, но встречает определенную преграду, которая понижает напряжение и затрудняет бесперебойную работу электрического поля. Как правило, это не предназначенные для использования в качестве проводника предметы, например, металлические инструменты или стройматериалы, имеющие различную конфигурацию и сечение;
Высокое электросопротивление предмета. Подобные изделия называют полностью диэлектрическими, так как их материал обладает свойствами полной сопротивляемости протеканию тока по своей поверхности. Часто указанными свойствами обладают пластиковые и резиновые детали, изоляция кабеля или деревянные рукоятки инструмента. Ток по данным предметам не проходит, но его напряжение остается неизменным.

Все перечисленные виды сопротивления являются основными и, опираясь на них, производители какой-либо продукции указывают в паспорте изделия уровень защищенности проводника от действия тока. Это необходимо для соблюдения правил безопасности во время использования таких предметов и инструментов в строительстве и быту.

В чем измеряется сопротивление проводника

Электрическое сопротивление обозначается буквой R и измеряется в Омах. Показатель сопротивления, зависящего от типа тока и его напряжения в замкнутой цепи, основывается на законе Ома, который позволяет вычислить реальное значение проходящего по проводнику тока. Таким образом, чтобы вычислить сопротивление, необходимо подставить данные под основную формулу:

R – это обозначение сопротивления;
U – напряжение в Вольтах;
I – сила тока в Амперах.

Чем измеряется сопротивление

Прибор для измерения сопротивления электрического называется Омметр, он подключается к проводнику с включенным питанием и автоматически замеряет показатели сопротивления. Как правило, при измерении сопротивления прибор преобразует переменный ток в постоянный и только после этого выполняет остальные действия. Для профессионального использования часто применяются многофункциональные инструменты, в набор которых входят сразу несколько приборов, замеряющих напряжение, силу тока и сопротивление материала.

Также существует классификация диагностических приборов по критерию мобильности. На основании такого показателя бывают:

Стационарные омметры – часто используются в лабораториях или в укомплектованных электрических шкафах, с многочисленным оборудованием. Такие приборы показывают данные постоянно и могут быть подключены к аварийной сигнализации, которая оповестит обслуживающий персонал об угрозе безопасности;
Мобильные комплексы или инструменты – чаще всего используются при проведении ремонтных или монтажных работ на линии для определения класса проводника и его целостности.

Несмотря на кажущуюся простоту, данный прибор требует внимательности и соблюдения правил безопасности при его использовании. Так как все действия осуществляются на рабочей сети, то необходимо внимательно изучить инструкцию по эксплуатации инструмента и не пытаться подключить его с нарушением схемы.

Резисторы в электрической цепи

Резистор с различным сопротивлением – это прибор электрической сети с пассивным действием, который призван поглощать определенную энергию и удерживать ее неограниченное время. Данное изделие не проводит никакой работы, поэтому считается пассивной деталью, но ее использование необходимо практически на всех схемах питания, а также в закрытых проводниках. Резистор – наиболее распространённый элемент, применяется чаще всех остальных комплектующих в большинстве микросхем.

Резисторы бывают различной маркировки, которая наносится краской на наружный корпус. Чем выше цифра на оболочке, тем большим сопротивлением обладает изделие. Принцип работы детали основан на свойствах материала поглощать заряд и рассеивать его в виде электрического поля, не повышая напряжения внутри сети проводников.

Резистор на основании рабочего материала бывает нескольких видов, но схема его действия принципиально не меняется. Существуют фоторезисторы, приборы переменного и постоянного тока, каждый из типов деталей выполняет свою функцию и обеспечивает нормальную работу закольцованной электрической цепи.

Данный тип изделий, в зависимости от необходимости, может комплектоваться по последовательной или параллельной схеме. При последовательном расположении общее сопротивление будет равно их сумме, а при параллельном – сопротивлением будет сумма показателей всех резисторов, находящихся в цепи.

Что влияет на показатели сопротивления

Существует несколько факторов, которые влияют на уровень сопротивления того или иного проводника. По этому принципу можно выделить три основных показателя:

Длина проводника. Чем больше кабель, тем выше будет его сопротивление, причем это касается и материалов с нулевым показателем, и проводника со средней сопротивляемостью;
Площадь поперечного сечения. В отличие от длины сети, площадь материала влияет в обратную сторону: чем она больше, тем меньше сопротивление проводника;
Характеристики материала кабеля. Существует такое понятие, как проводимость или удельное сопротивление материала, на основании этого параметра тот или иной кабель одинаковой площади и длины может обладать различной сопротивляемостью, в зависимости от примесей в составе металла.

Данные факторы являются основными, но иногда к ним можно отнести и наружную температуру среды, в которой находится проводник, так как при значительном холоде электрическое поле имеет свойство рассеиваться, отчего теряется напряженность, следовательно, и сопротивление будет колебаться.

Таким образом, при понимании основных законов физики и определения напряжения и сопротивления материалов электрическому току даже начинающий мастер сможет выполнять работы по монтажу и обслуживанию сетей, ремонту оборудования и успешно применять полученные знания на практике.