Ce se numește rezistență electrică și cum se determină. Rezistenta electrica. Obținerea unor rezultate precise de măsurare

Rezistenta electrica- o mărime fizică care caracterizează proprietățile unui conductor de a împiedica trecerea curentului electric și egală cu raportul dintre tensiunea de la capetele conductorului și puterea curentului care circulă prin acesta.

Rezistența pentru circuitele de curent alternativ și pentru câmpurile electromagnetice alternative este descrisă prin conceptele de impedanță și impedanță caracteristică. O rezistență (rezistor) se mai numește și o componentă radio concepută pentru a introduce rezistență activă în circuitele electrice.

Rezistența (deseori notată cu litera R sau r) este considerată, în anumite limite, o valoare constantă pentru un conductor dat; se poate calcula ca

R = U I , (\displaystyle R=(\frac (U)(I)),) R - rezistență, Ohm;

U este diferența de potențial electric (tensiune) la capetele conductorului, V;

1 / 5

I este puterea curentului care curge între capetele conductorului sub influența unei diferențe de potențial, A.

YouTube enciclopedic

✪ 8 clase - 129. Munca si puterea curentului electric

✪ Lecția 358. Rezistența activă într-un circuit de curent alternativ. Valoarea RMS a curentului și tensiunii

✪ Lecția 305. Curentul electric în semiconductori. Conductivitate intrinsecă și de impurități.

✪ Lecția 296. Dependența de temperatură a rezistenței metalelor. Supraconductivitate

✪ 8 clase - 110. Circuit electric si componentele acestuia

Subtitrări Unități și dimensiuni
stat (în sistemul SGSE și Gaussian, 1 statΩ = (10 9

−2) /cm = 898.755.178.736,818 Ohm (exact) ≈ 8,98755 10 11 Ohm, egală cu rezistența conductorului prin care trece un curent de 1 statamp sub o tensiune de 1 statvolt); abom (în SGSM, 1 abΩ = 1·10 −9 Ohm = 1 nanoohm, egală cu rezistența conductorului prin care trece un curent de 1 abamp sub o tensiune de 1 abvolt). Dimensiunea rezistenței în sistemul SGSE și Gaussian este egală cu TL−1 (adică coincide cu dimensiunea vitezei inverse, s/cm), în SGSM -

−1 (adică coincide cu dimensiunea vitezei, cm/s).

Mărimea reciprocă în raport cu rezistența este conductivitatea electrică, a cărei unitate de măsură în sistemul SI este siemens (1 Sm = 1 Ohm −1), în sistemul SGSE (și gaussian) staticsiemens și în SGSM - absiemens. Fizica fenomenului, format din electronii de valență ai atomilor de metal care nu aparțin unui anumit atom. Un curent electric dintr-un metal ia naștere sub influența unui câmp electric extern, care provoacă mișcarea ordonată a electronilor. Electronii care se deplasează sub influența câmpului sunt împrăștiați pe neomogenitățile rețelei ionice (impurități, defecte ale rețelei, precum și încălcări ale structurii periodice asociate cu vibrațiile termice ale ionilor). În acest caz, electronii își pierd impuls, iar energia mișcării lor este convertită în energia internă a rețelei cristaline, ceea ce duce la încălzirea conductorului atunci când trece un curent electric prin acesta.

Rezistența specifică este o mărime fizică scalară, numeric egală cu rezistența unui conductor cilindric omogen de lungime unitară și secțiune transversală unitară.

Rezistența metalelor scade odată cu scăderea temperaturii; la temperaturi de ordinul mai multor kelvin, rezistența majorității metalelor și aliajelor tinde către sau devine egală cu zero (efect de supraconductivitate). Dimpotrivă, rezistența semiconductorilor și a izolatorilor crește pe măsură ce temperatura scade (într-un anumit interval). Rezistența se modifică, de asemenea, pe măsură ce crește curentul/tensiunea care curge prin conductor/semiconductor.

Dependența rezistenței de material, lungime și aria secțiunii transversale a conductorului

Într-un metal, purtătorii mobili de sarcină sunt electroni liberi. Putem presupune că în mișcarea lor haotică se comportă ca molecule de gaz. Prin urmare, în fizica clasică, electronii liberi din metale sunt numiți gaz de electroni și, într-o primă aproximare, se crede că li se aplică legile stabilite pentru un gaz ideal.

Densitatea gazului de electroni și structura rețelei cristaline depind de tipul de metal. Prin urmare, rezistența unui conductor trebuie să depindă de tipul substanței sale. În plus, trebuie să depindă și de lungimea conductorului, de aria sa transversală și de temperatură.

Efectul secțiunii transversale a unui conductor asupra rezistenței sale se explică prin faptul că, pe măsură ce secțiunea transversală scade, fluxul de electroni în conductor la aceeași putere a curentului devine mai dens și, prin urmare, interacțiunea electronilor cu particulele de materia din conductor devine mai puternică.

- o mărime electrică care caracterizează proprietatea unui material de a împiedica trecerea curentului electric. În funcție de tipul de material, rezistența poate tinde spre zero - să fie minimă (mil/micro ohmi - conductori, metale), sau să fie foarte mare (giga ohmi - izolație, dielectrice). Reciproca rezistenței electrice este .

Unitate de măsură rezistență electrică - Ohm. Este desemnată prin litera R. Se determină dependența rezistenței de curent într-un circuit închis.

Ohmmetru- un dispozitiv pentru măsurarea directă a rezistenței circuitului. În funcție de intervalul valorii măsurate, acestea sunt împărțite în gigaohmmetre (pentru rezistențe mari - la măsurarea izolației) și micro/miliohmmetre (pentru rezistențe mici - la măsurarea rezistențelor tranzitorii ale contactelor, înfășurărilor motorului etc.).

Există o mare varietate de ohmmetre după design de la diferiți producători, de la electromecanice la microelectronice. Este de remarcat faptul că un ohmmetru clasic măsoară partea activă a rezistenței (așa-numitele ohmice).

Orice rezistență (metală sau semiconductoare) dintr-un circuit de curent alternativ are o componentă activă și reactivă. Suma rezistenței active și reactive este impedanța circuitului ACși se calculează cu formula:

unde, Z este rezistența totală a circuitului de curent alternativ;

R este rezistența activă a circuitului de curent alternativ;

Xc este reactanța capacitivă a circuitului de curent alternativ;

(C - capacitate, w - viteza unghiulară a curentului alternativ)

Xl este reactanța inductivă a circuitului de curent alternativ;

(L este inductanța, w este viteza unghiulară a curentului alternativ).

Rezistență activă- aceasta face parte din rezistența totală a unui circuit electric, a cărui energie este complet transformată în alte tipuri de energie (mecanică, chimică, termică). O proprietate distinctivă a componentei active este consumul complet de energie electrică (energia nu este returnată în rețea), iar reactanța returnează o parte din energie înapoi în rețea (o proprietate negativă a componentei reactive).

Semnificația fizică a rezistenței active

Fiecare mediu în care trec sarcinile electrice creează obstacole în calea lor (se crede că acestea sunt noduri ale rețelei cristaline), în care par să lovească și să-și piardă energia, care este eliberată sub formă de căldură.

Astfel, are loc o scădere (pierderea energiei electrice), o parte din care se pierde din cauza rezistenței interne a mediului conductor.

Valoarea numerică care caracterizează capacitatea unui material de a împiedica trecerea sarcinilor se numește rezistență. Se măsoară în Ohmi (Ohm) și este invers proporțională cu conductivitatea electrică.

Diferitele elemente ale tabelului periodic al lui Mendeleev au rezistivități electrice diferite (p), de exemplu, cea mai mică. Argintul (0.016 Ohm*mm2/m), cuprul (0.0175 Ohm*mm2/m), aurul (0.023) și aluminiul (0.029) au rezistență. Ele sunt utilizate în industrie ca principalele materiale pe care sunt construite toată ingineria electrică și energia. Dielectricii, dimpotriva, au o valoare mare de soc. rezistență și sunt folosite pentru izolare.

Rezistența mediului conductiv poate varia semnificativ în funcție de secțiunea transversală, temperatură, mărime și frecvență a curentului. În plus, mediile diferite au purtători de sarcină diferiți (electroni liberi în metale, ioni în electroliți, „găuri” în semiconductori), care sunt factorii determinanți ai rezistenței.

Sensul fizic al reactanței

În bobine și condensatoare, atunci când sunt aplicate, energia se acumulează sub formă de câmpuri magnetice și electrice, ceea ce durează ceva timp.

Câmpurile magnetice din rețelele de curent alternativ se modifică în funcție de direcția schimbătoare de mișcare a sarcinilor, oferind în același timp rezistență suplimentară.

În plus, are loc o schimbare stabilă de fază și curent, ceea ce duce la pierderi suplimentare de energie electrică.

Rezistivitate

Cum putem afla rezistența unui material dacă nu trece prin el și nu avem un ohmmetru? Există o valoare specială pentru asta - rezistivitatea electrică a materialului V

(acestea sunt valori tabelare care sunt determinate empiric pentru majoritatea metalelor). Folosind această valoare și cantitățile fizice ale materialului, putem calcula rezistența folosind formula:

Unde, p— rezistivitate (unități ohm*m/mm2);

l—lungimea conductorului (m);

S - secțiune transversală (mm 2).

Acest site nu s-ar putea lipsi de un articol despre rezistență. Ei bine, în nici un caz! Există un concept foarte fundamental în electronică, care este și o proprietate fizică. Probabil îi cunoști deja pe acești prieteni:

Rezistența este capacitatea unui material de a interfera cu fluxul de electroni. Materialul pare să reziste, să împiedice această curgere, ca pânzele unei fregate împotriva vântului puternic!

În lume, aproape totul are capacitatea de a rezista: aerul rezistă la fluxul de electroni, apa rezistă și la fluxul de electroni, dar totuși se strecoară. Firele de cupru rezistă și ele la fluxul de electroni, dar leneș. Deci se descurcă foarte bine cu acest tip de flux.

Numai supraconductorii nu au rezistență, dar asta este o altă poveste, deoarece, deoarece nu au rezistență, nu ne interesează astăzi.

Apropo, fluxul de electroni este un curent electric. Definiția formală este mai pedantă, așa că căutați-o singur în aceeași carte uscată.

Și da, electronii interacționează între ei. Puterea unei astfel de interacțiuni este măsurată în Volți și se numește tensiune. Poți să-mi spui ce sună ciudat? Nimic ciudat. Electronii sunt tensionați și mută alți electroni cu forță. Puțin rustic, dar principiul de bază este clar.

Rămâne de menționat puterea. Puterea este atunci când curentul, tensiunea și rezistența se reunesc la o masă și încep să funcționeze. Apoi apare puterea - energia pe care electronii o pierd la trecerea prin rezistență. Apropo:

I = U/R P = U * I

De exemplu, ai un bec de 60W cu fir. Il conectezi la o priza de 220V. Ce urmează? Becul oferă o oarecare rezistență la fluxul de electroni cu un potențial de 220V. Dacă există prea puțină rezistență, boom, se arde. Dacă este prea mare, filamentul va străluci foarte slab, dacă este deloc. Dar dacă este „doar corect”, atunci becul va consuma 60W și va transforma această energie în lumină și căldură.

Căldura este un efect secundar și se numește „pierdere” de energie, deoarece în loc să strălucească mai puternic, becul consumă energie pentru încălzire. Folosiți lămpi economice! Apropo, firul are și rezistență și dacă fluxul de electroni este prea mare, se va încălzi și la o temperatură vizibilă. Aici puteți sugera să citiți o notă despre motivul pentru care sunt utilizate liniile de înaltă tensiune

Sunt sigur că înțelegi mai multe despre rezistență acum. În același timp, nu am căzut în detalii precum rezistivitatea materialului și formule de genul

unde ρ - rezistivitate substanțe conductoare, Ohm m, l- lungimea conductorului, m, a S— aria secțiunii transversale, m².

Câteva animații pentru a completa imaginea

Și este clar modul în care fluxul de electroni variază în funcție de temperatura conductorului și de grosimea acestuia

Fizica este plină de concepte greu de imaginat. Un exemplu izbitor în acest sens este subiectul despre electricitate. Aproape toate fenomenele și termenii găsiți acolo sunt greu de văzut sau imaginat.

Ce este rezistența electrică? De unde vine? De ce apare tensiunea? Și de ce are putere curentul? Întrebările sunt nesfârșite. Merită să înțelegeți totul în ordine. Și ar fi bine să începem cu rezistență.

Ce se întâmplă într-un conductor când trece curent prin el?

Există situații în care un material care are capacitate de conducție se găsește între doi poli ai unui câmp electric: pozitiv și negativ. Și apoi un curent electric trece prin el. Acest lucru se manifestă prin faptul că electronii liberi încep mișcarea direcționată. Deoarece au o sarcină negativă, se mișcă într-o direcție - spre plus. Este interesant că direcția curentului electric este de obicei indicată diferit - de la plus la minus.

În timpul mișcării lor, electronii lovesc atomii de materie și le transferă o parte din energia lor. Astfel se explică faptul că conductorul conectat la rețea se încălzește. Și electronii înșiși își încetinesc mișcarea. Însă câmpul electric îi accelerează din nou, așa că din nou se grăbesc spre plus. Acest proces continuă la nesfârșit atâta timp cât există un câmp electric în jurul conductorului. Se pare că electronii sunt cei care experimentează rezistența curentului electric. Adică, cu cât întâmpină mai multe obstacole, cu atât valoarea acestei valori este mai mare.

Ce este rezistența electrică?

Poate fi definit pe baza a doua pozitii. Prima este legată de formula legii lui Ohm. Și sună așa: rezistența electrică este o mărime fizică care este definită ca raportul dintre tensiunea dintr-un conductor și curentul care circulă în el. Notația matematică este dată mai jos.

Al doilea se bazează pe proprietățile corpului. Rezistența electrică a unui conductor este o mărime fizică care indică capacitatea unui corp de a transforma energia electrică în căldură. Ambele afirmații sunt adevărate. Numai la cursul școlar se opresc cel mai adesea la memorarea primului. Mărimea studiată este desemnată prin litera R. Unitățile în care se măsoară rezistența electrică sunt Ohmi.

Ce formule pot fi folosite pentru a-l găsi?

Cel mai faimos rezultă din legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit. Combină curentul electric, tensiunea, rezistența. Arata cam asa:

Aceasta este formula numărul 1.
Al doilea ia în considerare faptul că rezistența depinde de parametrii conductorului:
Această formulă este numărul 2. Introduce următoarea notație:

Rezistivitatea electrică este o mărime fizică egală cu rezistența unui material de 1 m lungime și cu o suprafață a secțiunii transversale de 1 m2.

Tabelul arată unitatea de sistem a rezistivității. În situații reale, nu se întâmplă ca secțiunea transversală să fie măsurată în metri pătrați. Acestea sunt aproape întotdeauna milimetri pătrați. Prin urmare, este mai convenabil să luați rezistența electrică specifică în Ohm * mm 2 / m și să înlocuiți zona în mm 2.

De ce și cum depinde rezistența?

În primul rând, din substanța din care este făcut conductorul. Cu cât valoarea rezistivității electrice este mai mare, cu atât va conduce mai rău curentul.

În al doilea rând, pe lungimea firului. Și aici relația este directă. Pe măsură ce lungimea crește, rezistența crește.

În al treilea rând, pe grosime. Cu cât conductorul este mai gros, cu atât are mai puțină rezistență.

Și în cele din urmă, în al patrulea rând, despre temperatura conductorului. Și aici totul nu este atât de simplu. Când vine vorba de metale, rezistența lor electrică crește pe măsură ce se încălzesc. Excepție fac unele aliaje speciale - rezistența lor practic nu se schimbă la încălzire. Acestea includ: constantan, nichelină și manganina. Când lichidele se încălzesc, rezistența lor scade.

Ce tipuri de rezistențe există?

Acesta este un element care este inclus într-un circuit electric. Are o rezistență foarte specifică. Este exact ceea ce este folosit în diagrame. Se obișnuiește să se împartă rezistențele în două tipuri: constante și variabile. Numele lor se referă la dacă rezistența lor poate fi schimbată. Prima - constantă - nu vă permite să modificați în niciun fel valoarea nominală a rezistenței. Rămâne neschimbat. Al doilea - variabile - fac posibilă efectuarea de ajustări prin schimbarea rezistenței în funcție de nevoile unui anumit circuit. În electronica radio, există un alt tip - tuning. Rezistența lor se schimbă numai în momentul în care trebuie să reglați dispozitivul și apoi rămâne constantă.

Cum arată o rezistență pe diagrame?

Un dreptunghi cu două ieșiri din laturile sale înguste. Acesta este un rezistor constant. Dacă există o săgeată atașată pe a treia parte, atunci este deja variabilă. În plus, pe diagrame este indicată și rezistența electrică a rezistenței. Chiar în interiorul acestui dreptunghi. De obicei, doar numere sau cu un nume dacă sunt foarte mari.

Pentru ce este izolația și de ce trebuie măsurată?

Scopul său este de a asigura siguranța electrică. Rezistența de izolație electrică este principala caracteristică. Nu permite cantităților periculoase de curent să treacă prin corpul uman.

Există patru tipuri de izolație:

functionare - scopul acestuia este asigurarea functionarii normale a echipamentului, deci nu are intotdeauna un nivel suficient de protectie umana;
suplimentar este în plus față de primul tip și protejează oamenii;
dublu combină primele două tipuri de izolație;
armat, care este un tip de lucru îmbunătățit, este la fel de fiabil ca și suplimentar.

Toate dispozitivele care au scop casnic trebuie sa fie echipate cu izolatie dubla sau ranforsata. Mai mult, trebuie să aibă astfel de caracteristici încât să reziste la orice sarcini mecanice, electrice și termice.

În timp, izolația îmbătrânește și performanța acesteia se deteriorează. Acest lucru explică de ce necesită o examinare preventivă regulată. Scopul său este eliminarea defectelor, precum și măsurarea rezistenței sale active. Pentru aceasta, se folosește un dispozitiv special - un megaohmmetru.

Exemple de probleme cu soluții

Condiția 1: este necesară determinarea rezistenței electrice a unui fir de fier care are o lungime de 200 m și o suprafață a secțiunii transversale de 5 mm².

Soluţie. Trebuie să utilizați a doua formulă. Doar rezistivitatea este necunoscută în ea. Dar îl puteți vedea în tabel. Este egal cu 0,098 Ohm * mm / m 2. Acum trebuie doar să înlocuiți valorile în formulă și să calculați:

R = 0,098 * 200 / 5 = 3,92 Ohm.

Răspuns: rezistența este de aproximativ 4 ohmi.

Condiția 2: calculați rezistența electrică a unui conductor din aluminiu dacă lungimea acestuia este de 2 km și aria secțiunii transversale este de 2,5 mm².

Soluţie. Similar cu prima problemă, rezistivitatea este de 0,028 Ohm * mm / m 2. Pentru a obține răspunsul corect, va trebui să convertiți kilometri în metri: 2 km = 2000 m Acum puteți calcula:

R = 0,028 * 2000 / 2,5 = 22,4 ohmi.

Răspuns: R = 22,4 ohmi.

Condiția 3: Cât timp va fi necesar firul dacă rezistența sa ar trebui să fie de 30 ohmi? Secțiunea transversală cunoscută este de 0,2 mm², iar materialul este nichel.

Soluţie. Din aceeași formulă de rezistență, putem obține o expresie pentru lungimea firului:

l = (R * S) / ρ. Se știe totul, cu excepția rezistivității, care trebuie luată din tabel: 0,45 Ohm * mm 2 / m După înlocuire și calcule, rezultă că l = 13,33 m.

Răspuns: lungimea aproximativă este de 13 m.

Condiția 4: determinați materialul din care este fabricat rezistorul, dacă lungimea sa este de 40 m, rezistența este de 16 ohmi, secțiunea transversală este de 0,5 mm².

Soluţie. Similar cu cea de-a treia problemă, formula pentru rezistivitate este exprimată:

ρ = (R * S) / l. Înlocuirea valorilor și calculele dau următorul rezultat: ρ = 0,2 Ohm * mm 2 / m Această valoare a rezistivității este tipică pentru plumb.

Răspuns: plumb.

Curentul electric (I) este mișcarea direcțională a sarcinilor electrice (ioni în electroliți, electroni de conducere în metale).
O condiție necesară pentru curgerea curentului electric este circuitul închis.

Curentul electric se măsoară în amperi (A).

Unitățile derivate ale curentului sunt:
1 kiloamperi (kA) = 1000 A;
1 miliamp (mA) 0,001 A;
1 microamper (µA) = 0,000001 A.

O persoană începe să simtă un curent de 0,005 A care trece prin corpul său Un curent mai mare de 0,05 A este periculos pentru viața umană.

Tensiune electrică (U) se numește diferența de potențial dintre două puncte din câmpul electric.

Unitate diferenta de potential electric este volt (V).
1 V = (1 W): (1 A).

Unitățile de tensiune derivate sunt:

1 kilovolt (kV) = 1000 V;
1 milivolt (mV) = 0,001 V;
1 microvolt (µV) = 0,00000 1 V.

Rezistența unei secțiuni a unui circuit electric este o mărime care depinde de materialul conductorului, de lungimea și de secțiunea transversală a acestuia.

Rezistența electrică se măsoară în ohmi (ohmi).
1 Ohm = (1 V): (1 A).

Unitățile derivate de rezistență sunt:

1 kiloOhm (kOhm) = 1000 Ohm;
1 megaohm (MΩ) = 1.000.000 ohmi;
1 miliOhm (mOhm) = 0,001 Ohm;
1 microOhm (µOhm) = 0,00000 1 Ohm.

Rezistența electrică a corpului uman, în funcție de un număr de condiții, variază de la 2000 la 10.000 de ohmi.

Rezistivitatea electrică (ρ) este rezistența unui fir cu o lungime de 1 m și o secțiune transversală de 1 mm2 la o temperatură de 20 ° C.

Reciprocul rezistivității se numește conductivitate electrică (γ).

Putere (P) este o mărime care caracterizează viteza cu care energia este convertită sau viteza cu care se efectuează munca.
Puterea generatorului este o cantitate care caracterizează viteza cu care energia mecanică sau de altă natură este convertită în energie electrică în generator.
Puterea consumatorului este o cantitate care caracterizează viteza cu care energia electrică este convertită în secțiuni individuale ale circuitului în alte tipuri utile de energie.

Unitatea de putere a sistemului SI este watul (W). Este egală cu puterea la care se efectuează 1 joule de lucru într-o secundă:

1W = 1J/1sec

Unitățile de măsură derivate ale puterii electrice sunt:

1 kilowatt (kW) = 1000 W;
1 megawatt (MW) = 1000 kW = 1.000.000 W;
1 miliwatt (mW) = 0,001 W; o1i
1 cal putere (CP) = 736 W = 0,736 kW.

Unitati de masura a energiei electrice sunt:

1 watt-secundă (W sec) = 1 J = (1 N) (1 m);
1 kilowatt-oră (kW h) = 3,6 106 W sec.

Exemplu. Curentul consumat de un motor electric conectat la o rețea de 220 V a fost de 10 A timp de 15 minute. Determinați energia consumată de motor.
W*sec, sau împărțind această valoare la 1000 și 3600, obținem energie în kilowați-oră:

W = 1980000/(1000*3600) = 0,55 kWh

Tabelul 1. Mărimi și unități electrice