7 elektrický odpor. Co je elektrický odpor? Sériové a paralelní zapojení rezistorů

Koncepce elektrického odporu a vodivosti

Jakékoli těleso, kterým proudí elektřina, klade mu určitý odpor.Vlastnost materiálu vodiče bránit průchodu elektrického proudu skrz něj se nazývá elektrický odpor.

Elektronická teorie vysvětluje podstatu elektrického odporu kovových vodičů. Volné elektrony se při pohybu po vodiči nesčetněkrát setkávají s atomy a jinými elektrony a při interakci s nimi nevyhnutelně ztrácejí část své energie. Elektrony zažívají určitý druh odporu vůči jejich pohybu. Různé kovové vodiče, které mají různé atomové struktury, nabízejí různou odolnost vůči elektrickému proudu.

Totéž vysvětluje odpor kapalných vodičů a plynů vůči průchodu elektrického proudu. Neměli bychom však zapomínat, že v těchto látkách to nejsou elektrony, ale nabité částice molekul, které při svém pohybu narážejí na odpor.

Odpor se označuje latinskými písmeny R nebo r.

Jednotkou elektrického odporu je ohm.

Ohm je odpor rtuťového sloupce vysokého 106,3 cm o průřezu 1 mm2 při teplotě 0 °C.

Pokud je například elektrický odpor vodiče 4 ohmy, pak se zapíše takto: R = 4 ohmy nebo r = 4 ohmy.

Pro měření velkých odporů se používá jednotka zvaná megohm.

Jeden megohm se rovná jednomu milionu ohmů.

Čím větší je odpor vodiče, tím hůře vede elektrický proud, a naopak čím nižší je odpor vodiče, tím snáze elektrický proud tímto vodičem prochází.

Pro charakterizaci vodiče (z hlediska průchodu elektrického proudu skrz něj) lze tedy uvažovat nejen jeho odpor, ale také převrácenou hodnotu odporu a nazývanou vodivost.

Elektrická vodivost je schopnost materiálu procházet skrz sebe elektrický proud.

Protože vodivost je převrácená hodnota odporu, vyjadřuje se jako 1/R a vodivost se označuje latinským písmenem g.

Vliv materiálu vodiče, jeho rozměrů a okolní teploty na hodnotu elektrického odporu

Odpor různých vodičů závisí na materiálu, ze kterého jsou vyrobeny. Pro charakterizaci elektrického odporu různých materiálů byl zaveden koncept tzv. rezistivity.

Odpor je odpor vodiče o délce 1 m a ploše průřezu 1 mm2. Odpor se označuje písmenem p řecké abecedy. Každý materiál, ze kterého je vodič vyroben, má svůj vlastní odpor.

Například měrný odpor mědi je 0,017, to znamená, že měděný vodič o délce 1 m a průřezu 1 mm2 má odpor 0,017 ohmů. Rezistivita hliníku je 0,03, měrný odpor železa je 0,12, měrný odpor konstantanu je 0,48, měrný odpor nichromu je 1-1,1.

Odpor vodiče je přímo úměrný jeho délce, tedy čím delší vodič, tím větší elektrický odpor.

Odpor vodiče je nepřímo úměrný jeho průřezové ploše, tedy čím je vodič tlustší, tím je jeho odpor nižší, a naopak čím tenčí vodič, tím větší je jeho odpor.

Pro lepší pochopení tohoto vztahu si představte dva páry komunikujících cév, přičemž jeden pár cév má tenkou spojovací trubici a druhý tlustou. Je jasné, že když je jedna z nádob (každý pár) naplněna vodou, její přenos do druhé nádoby přes tlustou trubku proběhne mnohem rychleji než přes tenkou trubku, to znamená, že tlustá trubka bude mít menší odpor proti proudění. z vody. Stejně tak je pro elektrický proud snazší procházet tlustým vodičem než tenkým, to znamená, že první mu klade menší odpor než druhý.

Elektrický odpor vodiče se rovná měrnému odporu materiálu, ze kterého je vodič vyroben, vynásobený délkou vodiče a dělený plochou průřezu vodiče:

R = pl/S,

kde - R je odpor vodiče, ohm, l je délka vodiče vm, S je plocha průřezu vodiče, mm 2.

Průřez kulatého vodiče vypočítá se podle vzorce:

S = Pi x d 2/4

Kde je Pi - konstantní hodnota rovna 3,14; d je průměr vodiče.

A takto se určuje délka vodiče:

l = S R / p,

Tento vzorec umožňuje určit délku vodiče, jeho průřez a měrný odpor, pokud jsou známy další veličiny zahrnuté ve vzorci.

Pokud je nutné určit plochu průřezu vodiče, má vzorec následující podobu:

S = pl/R

Transformací stejného vzorce a vyřešením rovnosti vzhledem k p zjistíme měrný odpor vodiče:

R = R S/l

Poslední vzorec je nutné použít v případech, kdy je znám odpor a rozměry vodiče, ale jeho materiál je neznámý a navíc obtížně zjistitelný vzhled. Chcete-li to provést, musíte určit měrný odpor vodiče a pomocí tabulky najít materiál, který má takový měrný odpor.

Dalším důvodem, který ovlivňuje odpor vodičů, je teplota.

Bylo zjištěno, že s rostoucí teplotou odpor kovových vodičů roste a s klesající teplotou klesá. Toto zvýšení nebo snížení odporu u čistých kovových vodičů je téměř stejné a v průměru je 0,4 % na 1 °C. S rostoucí teplotou klesá odpor tekutých vodičů a uhlíku.

Elektronová teorie struktury hmoty poskytuje následující vysvětlení nárůstu odporu kovových vodičů s rostoucí teplotou. Při zahřívání vodič přijímá tepelnou energii, která se nevyhnutelně přenáší na všechny atomy látky, v důsledku čehož se zvyšuje intenzita jejich pohybu. Zvýšený pohyb atomů vytváří větší odpor proti směrovému pohybu volných elektronů, proto se zvyšuje odpor vodiče. S klesající teplotou se vytvářejí lepší podmínky pro směrový pohyb elektronů a snižuje se odpor vodiče. To vysvětluje zajímavý jev - supravodivost kovů.

Supravodivost, tj. snížení odolnosti kovů k nule, nastává při obrovské záporné teplotě - 273 ° C, nazývané absolutní nula. Při teplotě absolutní nuly se zdá, že atomy kovů zamrznou na místě, aniž by vůbec zasahovaly do pohybu elektronů.

Elektrický odpor- fyzikální veličina charakterizující vlastnosti vodiče k zamezení průchodu elektrického proudu a rovná se poměru napětí na koncích vodiče k síle proudu, který jím protéká.

Odpor pro obvody střídavého proudu a pro střídavá elektromagnetická pole je popsán pojmy impedance a charakteristická impedance. Odpor (rezistor) se také nazývá rádiová součástka určená k zavedení aktivního odporu do elektrických obvodů.

Odpor (často označovaný písmenem R nebo r) je v určitých mezích považován za konstantní hodnotu pro daný vodič; lze to vypočítat jako

Encyklopedický YouTube

1 / 5

✪ 8 stupňů - 129. Práce a síla elektrického proudu

✪ Lekce 358. Aktivní odpor v obvodu střídavého proudu. RMS hodnota proudu a napětí

✪ Lekce 305. Elektrický proud v polovodičích. Vlastní vodivost a vodivost nečistot.

✪ Lekce 296. Teplotní závislost odolnosti kovů. Supravodivost

✪ 8 tříd - 110. Elektrický obvod a jeho součásti

titulky

Jednotky a rozměry

• stat (v SGSE a Gaussově systému, 1 statΩ = (10 9 −2) /cm = 898 755 178 736,818 Ohm (přesně) ≈ 8,98755·10 11 Ohm, rovný odporu vodiče, kterým protéká proud 1 statamp při napětí 1 statvolt);
• abom (v SGSM 1 abΩ = 1·10 −9 Ohm = 1 nanoohm, rovný odporu vodiče, kterým protéká proud 1 abamp pod napětím 1 abvolt).

Rozměr odporu v SGSE a Gaussově systému je roven TL−1 (to znamená, že se shoduje s rozměrem zpětné rychlosti, s/cm), v SGSM - LT−1 (to znamená, že se shoduje s rozměrem rychlosti, cm/s).

Reciproční veličinou ve vztahu k odporu je elektrická vodivost, jejíž měrnou jednotkou v soustavě SI je siemens (1 Sm = 1 Ohm −1), v soustavě SGSE (a Gaussově) staticsiemens a v soustavě SGSM - absiemens.

Fyzika jevu

Vysoká elektrická vodivost kovů je způsobena tím, že obsahují velký počet aktuální dopravci - vodivostní elektrony, vytvořený z valenčních elektronů atomů kovů, které nepatří konkrétnímu atomu. Elektrický proud v kovu vzniká vlivem vnějšího elektrického pole, které způsobuje uspořádaný pohyb elektronů. Elektrony pohybující se vlivem pole se rozptylují na nehomogenitách iontové mřížky (nečistoty, defekty mřížky, ale i narušení periodické struktury spojené s tepelnými vibracemi iontů). V tomto případě elektrony ztrácejí hybnost a energie jejich pohybu se přeměňuje na vnitřní energii krystalové mřížky, což vede k zahřívání vodiče, když jím prochází elektrický proud.

Měrný odpor je skalární fyzikální veličina, číselně se rovná odporu homogenního válcového vodiče jednotkové délky a jednotkové plochy průřezu.

Odolnost kovů klesá s klesající teplotou; při teplotách v řádu několika kelvinů má odpor většiny kovů a slitin tendenci nebo se rovnat nule (supravodivostní efekt). Naopak odpor polovodičů a izolantů s poklesem teploty (v určitém rozmezí) roste. Odpor se také mění, když se zvyšuje proud/napětí protékající vodičem/polovodičem.

Závislost odporu na materiálu, délce a ploše průřezu vodiče

V kovu jsou mobilními nosiči náboje volné elektrony. Můžeme předpokládat, že se ve svém chaotickém pohybu chovají jako molekuly plynu. Proto se v klasické fyzice volné elektrony v kovech nazývají elektronový plyn a podle prvního přiblížení se věří, že pro ně platí zákony stanovené pro ideální plyn.

Hustota elektronového plynu a struktura krystalové mřížky závisí na typu kovu. Proto musí odpor vodiče záviset na typu jeho látky. Kromě toho musí záviset také na délce vodiče, jeho průřezu a teplotě.

Vliv průřezu vodiče na jeho odpor se vysvětluje tím, že při zmenšování průřezu se tok elektronů ve vodiči při stejné proudové síle stává hustším, a proto dochází k interakci elektronů s částicemi hmota ve vodiči zesílí.

Bez základních znalostí o elektřině je těžké si představit, jak fungují elektrické spotřebiče, proč vůbec fungují, proč je potřeba zapojit televizi, aby fungovala, a proč baterce stačí jen malá baterie, aby svítila ve tmě .

A tak pochopíme vše v pořádku.

Elektřina

Elektřina je přírodní jev, který potvrzuje existenci, interakci a pohyb elektrických nábojů. Elektřina byla poprvé objevena již v 7. století před naším letopočtem. Řecký filozof Thales. Thales si všiml, že pokud se kousek jantaru otře o vlnu, začne přitahovat lehké předměty. Jantar je ve starověké řečtině elektron.

Takhle si představuji Thalese, jak sedí, tře si kus jantaru o své himation (toto je vlněné svrchní oblečení starých Řeků), a pak s nechápavým pohledem sleduje, jak jsou přitahovány vlasy, zbytky nití, peří a útržky papíru. do jantaru.

Tento jev se nazývá statická elektřina. Tuto zkušenost můžete zopakovat. Chcete-li to provést, důkladně otřete pravidelné plastové pravítko vlněným hadříkem a přiveďte jej na malé kousky papíru.

Je třeba poznamenat, že na dlouhou dobu tento jev nebyl studován. A teprve v roce 1600 anglický přírodovědec William Gilbert ve své eseji „O magnetu, magnetických tělesech a velkém magnetu - Zemi“ zavedl termín elektřina. Ve své práci popsal své experimenty s elektrifikovanými předměty a také zjistil, že jiné látky se mohou elektrifikovat.

Pak po tři staletí nejpokročilejší vědci světa zkoumali elektřinu, psali pojednání, formulovali zákony, vynalezli elektrické stroje a teprve v roce 1897 objevil Joseph Thomson první hmotný nosič elektřiny – elektron, částici, která dělá elektrické procesy v látky možné.

Elektron– jedná se o elementární částici, má záporný náboj přibližně rovný -1,602·10 -19 Cl (Přívěsek). Určeno E nebo e –.

Napětí

Aby se nabité částice pohybovaly z jednoho pólu na druhý, je nutné vytvořit mezi póly potenciální rozdíl nebo - Napětí. Jednotka napětí - Volt (V nebo PROTI). Ve vzorcích a výpočtech je napětí označeno písmenem PROTI . Chcete-li získat napětí 1 V, musíte mezi póly přenést náboj 1 C, přičemž vykonáte práci 1 J (Joule).

Pro názornost si představte vodní nádrž umístěnou v určité výšce. Z nádrže vychází potrubí. Voda pod přirozeným tlakem opouští nádrž potrubím. Shodněme se, že voda ano elektrický náboj, výška vodního sloupce (tlaku) je Napětí a rychlost proudění vody je elektřina.

Čím více vody v nádrži, tím vyšší tlak. Podobně z elektrického hlediska platí, že čím větší náboj, tím vyšší napětí.

Začneme vypouštět vodu, tlak se sníží. Tito. Úroveň nabití klesá - napětí klesá. Tento jev lze pozorovat u baterky, žárovka s vybitím baterií slábne. Upozorňujeme, že čím nižší je tlak vody (napětí), tím nižší je průtok vody (proud).

Elektřina

Elektřina je fyzikální proces usměrněného pohybu nabitých částic pod vlivem elektromagnetického pole z jednoho pólu uzavřeného elektrického obvodu na druhý. Částice nesoucí náboj mohou zahrnovat elektrony, protony, ionty a díry. Bez uzavřeného okruhu není možný žádný proud. Částice schopné transportu elektrické náboje neexistují ve všech látkách, nazývají se ty, ve kterých existují vodičů A polovodiče. A látky, ve kterých žádné takové částice nejsou - dielektrika.

Aktuální jednotka - Ampér (A). Ve vzorcích a výpočtech je aktuální síla označena písmenem já . Proud 1 ampér je generován, když náboj 1 Coulomb (6,241·10 18 elektronů) projde bodem v elektrickém obvodu za 1 sekundu.

Podívejme se znovu na naši analogii voda-elektřina. Teprve nyní vezmeme dvě nádrže a naplníme je stejným množstvím vody. Rozdíl mezi nádržemi je průměr výstupního potrubí.

Otevřeme kohoutky a přesvědčíme se, že průtok vody z levé nádrže je větší (průměr trubky je větší) než z pravé. Tato zkušenost je jasným důkazem závislosti rychlosti proudění na průměru potrubí. Nyní se pokusíme oba toky vyrovnat. Chcete-li to provést, přidejte vodu (naplňte) do pravé nádrže. Tím se zvýší tlak (napětí) a zvýší se průtok (proud). V elektrickém obvodu hraje průměr trubky odpor.

Provedené experimenty jasně ukazují vztah mezi Napětí, elektrický šok A odpor. O odporu si povíme více o něco později, ale nyní ještě pár slov o vlastnostech elektrického proudu.

Pokud napětí nezmění svou polaritu plus na mínus a proud teče jedním směrem, pak je tomu tak DC. a odpovídajícím způsobem konstantní tlak. Pokud zdroj napětí změní svou polaritu a proud teče nejprve jedním směrem a poté druhým, je tomu tak střídavý proud A střídavé napětí . Maximální a minimální hodnoty (uvedené v grafu jako Io ) - Tento amplituda nebo špičkové hodnoty proudu. V domácích zásuvkách mění napětí svou polaritu 50x za vteřinu, tzn. proud kmitá sem a tam, ukazuje se, že frekvence těchto kmitů je 50 Hertzů, zkráceně 50 Hz. V některých zemích, například v USA, je frekvence 60 Hz.

Odpor

Elektrický odpor– fyzikální veličina, která určuje vlastnost vodiče bránit (vzdorovat) průchodu proudu. Odporová jednotka - Ohm(označeno Ohm nebo řecké písmeno omega Ω ). Ve vzorcích a výpočtech je odpor označen písmenem R . Vodič má odpor 1 ohm k jehož pólům je přivedeno napětí 1 V a protéká proud 1 A.

Vodiče vedou proud jinak. Jejich vodivost závisí především na materiálu vodiče, jakož i na průřezu a délce. Čím větší průřez, tím vyšší vodivost, ale čím delší délka, tím nižší vodivost. Odpor je inverzní koncept vodivosti.

Na příkladu vodovodního modelu lze odpor vyjádřit jako průměr potrubí. Čím je menší, tím horší je vodivost a vyšší odpor.

Odpor vodiče se projevuje např. zahříváním vodiče, když jím protéká proud. Navíc čím větší je proud a čím menší je průřez vodiče, tím silnější je zahřívání.

Napájení

Elektrická energie je fyzikální veličina, která určuje rychlost přeměny elektřiny. Například jste nejednou slyšeli: „Žárovka má tolik wattů“. Jedná se o výkon spotřebovaný žárovkou za jednotku času při provozu, tzn. přeměna jednoho druhu energie na jiný při určité rychlosti.

Zdroje elektřiny, jako jsou generátory, se také vyznačují výkonem, ale již vyrobeným za jednotku času.

Pohonná jednotka – Watt(označeno W nebo W). Ve vzorcích a výpočtech je výkon označen písmenem P . Pro obvody střídavého proudu se tento termín používá Plná síla, jednotka - Voltampéry (VA nebo V·A), označený písmenem S .

A nakonec asi Elektrický obvod. Tento obvod je určitým souborem elektrických součástek schopných vést elektrický proud a podle toho vzájemně propojených.

To, co vidíme na tomto obrázku, je základní elektrické zařízení (baterka). Pod napětím U(B) zdroj elektřiny (baterie) přes vodiče a další součástky s různými odpory 4,59 (237 hlasů)

Pro začátek se zamysleme nad otázkou, jak najednou vědci pochopili množství zvané „ proudový odpor" Při úvahách o základech elektrostatiky se již hovořilo o otázkách elektrické vodivosti, včetně toho, že různé látky mají různou vodivost (schopnost přenášet volné nabité částice). Například kovy se vyznačují dobrou vodivostí (proto se jim říká vodiče), zatímco plast a dřevo se vyznačují špatnou vodivostí (dielektrika nebo nevodiče). Takové rozdíly jsou spojeny se zvláštnostmi molekulární struktury různých látek.

Nejúčinnější prací na studiu vodivosti různých látek byly experimenty, které provedl Georg Ohm (1789-1854) (obr. 1).

Podstata Ohmovy práce byla následující. Vědec použil elektrické schéma, skládající se z aktuální zdroj, vodič a také speciální zařízení pro sledování proud. Změnou vodičů v obvodu sledoval Ohm následující vzorec: proud v obvodu se zvyšoval s rostoucím napětím. Dalším Ohmovým objevem bylo, že při výměně vodičů se s rostoucím napětím měnil i stupeň nárůstu síly proudu. Příklad takové závislosti je na obrázku 2.

Osa X ukazuje napětí a osa Y ukazuje proud. Graf ukazuje dvě přímky znázorňující různé rychlosti nárůstu proudu s rostoucím napětím v závislosti na vodiči zahrnutém v obvodu.

Výsledkem Ohmova výzkumu byl následující závěr: „Různé vodiče mají různé vodivostní vlastnosti“, v důsledku čehož se objevil koncept proudový odpor.

Elektrický odpor proudu.

Elektrický odpor je fyzikální veličina, která charakterizuje schopnost vodiče ovlivňovat elektřina proudící ve vodiči.

• Označení množství: R
• Jednotka: Ohm

V důsledku provádění experimentů s vodiči bylo zjištěno, že vztah mezi proudová síla a napětí v elektrickém obvodu závisí také na velikosti použitého vodiče, nikoli pouze na látce. Vliv velikostí vodičů bude podrobněji probrán v samostatné lekci.

Co způsobuje, že se objeví? proudový odpor? Během pohybu volných elektronů dochází k neustálé interakci mezi ionty obsaženými ve struktuře krystalové mřížky a elektrony. V důsledku této interakce se pohyb elektronů zpomaluje (ve skutečnosti v důsledku srážky elektronů s atomy - uzly krystalové mřížky), díky čemuž vzniká proudový odpor.

S elektrickým odporem souvisí i další fyzikální veličina - proudová vodivost, reciproční odpor.

Vzorce proudového odporu.

Uvažujme o vztahu mezi veličinami studovanými v posledních lekcích. Jak bylo řečeno, s rostoucím napětím se napětí v obvodu zvyšuje a proudová síla, tato množství jsou úměrná: I~U

Zvýšení odporu vodiče vede ke snížení proudové síly v obvodu, takže tyto veličiny jsou vzájemně nepřímo úměrné: I~1/R

Výsledkem výzkumu byl odhalen následující vzorec: R=U/I

Naplánujeme příjem jednotky proudový odpor: 1Ohm=1V/1A

1 Ohm je tedy proudový odpor, při kterém je proud ve vodiči 1 A a napětí na koncích vodiče je 1 V.

Vlastně, proudový odpor 1 Ohm je příliš malý a v praxi se používají vodiče, které se vyznačují vyšším odporem (1 KOhm, 1 MOhm atd.).

Proud a napětí jsou vzájemně propojené veličiny, které se navzájem ovlivňují. To bude podrobněji probráno v další lekci.

Mezi další ukazatele charakterizující elektrický obvod, vodič, stojí za to zdůraznit elektrický odpor. Určuje schopnost atomů materiálu bránit řízenému průchodu elektronů. Pomoc při stanovení této hodnoty může poskytnout jak specializovaný přístroj – ohmmetr, tak matematické výpočty založené na znalosti vztahů mezi veličinami a fyzikálními vlastnostmi materiálu. Indikátor se měří v ohmech (Ohm), označených symbolem R.

Ohmův zákon - matematický přístup k určení odporu

Vztah vytvořený Georgem Ohmem definuje vztah mezi napětím, proudem a odporem na základě matematického vztahu pojmů. Platnost lineárního vztahu - R = U/I (poměr napětí k proudu) - není ve všech případech zaznamenána.
Jednotka [R] = B/A = Ohm. 1 Ohm je odpor materiálu, kterým protéká proud 1 ampér při napětí 1 voltu.

Empirický vzorec pro výpočet odporu

Objektivní údaje o vodivosti materiálu vyplývají z jeho fyzikálních charakteristik, které určují jak jeho vlastní vlastnosti, tak reakci na vnější vlivy. Na základě toho závisí vodivost na:

• Velikost.
• Geometrie.
• Teploty.

Atomy vodivého materiálu se srážejí se směrovými elektrony a brání jim v pohybu vpřed. Při vysoké koncentraci posledně jmenovaných jim atomy nejsou schopny odolat a vodivost se ukazuje jako vysoká. Velké hodnoty odporu jsou typické pro dielektrika, která mají prakticky nulovou vodivost.

Jednou z definujících charakteristik každého vodiče je jeho rezistivita - ρ. Určuje závislost odporu na materiálu vodiče a vnějších vlivech. Jedná se o pevnou (v rámci jednoho materiálu) hodnotu, která představuje data vodiče následujících rozměrů - délka 1 m (ℓ), plocha průřezu 1 m2. Proto je vztah mezi těmito veličinami vyjádřen vztahem: R = ρ* ℓ/S:

• S rostoucí délkou materiálu klesá vodivost.
• Zvětšení plochy průřezu vodiče znamená snížení jeho odporu. Tento vzor je způsoben poklesem hustoty elektronů a v důsledku toho je kontakt částic materiálu s nimi méně častý.
• Zvýšení teploty materiálu stimuluje zvýšení odporu, zatímco pokles teploty znamená jeho snížení.

Je vhodné vypočítat plochu průřezu podle vzorce S = πd 2 / 4. Při určení délky pomůže svinovací metr.

Vztah k moci (P)

Na základě vzorce Ohmova zákona, U = I*R a P = I*U. Proto P = I2*R a P = U2/R.
Při znalosti velikosti proudu a výkonu lze odpor určit jako: R = P/I 2.
Při znalosti napětí a výkonu lze odpor snadno vypočítat pomocí vzorce: R = U 2 /P.

Odolnost materiálu a hodnoty dalších souvisejících charakteristik lze získat pomocí speciálních měřící nástroje nebo na základě zavedených matematických zákonů.