7 ความต้านทานไฟฟ้า ความต้านทานไฟฟ้าคืออะไร? การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานของตัวต้านทาน

แนวคิดเรื่องความต้านทานไฟฟ้าและการนำไฟฟ้า

กายใดๆก็ตามที่ไหลผ่าน ไฟฟ้าเสนอการต่อต้านให้เขาบ้างคุณสมบัติของวัสดุตัวนำที่ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า

ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์อธิบายสาระสำคัญของความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำโลหะ เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ จะพบกับอะตอมและอิเล็กตรอนอื่น ๆ ระหว่างทางนับครั้งไม่ถ้วนและเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันก็จะสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อิเล็กตรอนมีความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของพวกมัน ตัวนำโลหะชนิดต่างๆ ซึ่งมีโครงสร้างอะตอมต่างกัน มีความต้านทานกระแสไฟฟ้าต่างกัน

สิ่งเดียวกันนี้อธิบายความต้านทานของตัวนำของเหลวและก๊าซต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน อย่างไรก็ตามเราไม่ควรลืมว่าในสารเหล่านี้ไม่ใช่อิเล็กตรอน แต่เป็นอนุภาคที่มีประจุของโมเลกุลที่เผชิญกับความต้านทานระหว่างการเคลื่อนที่

การต่อต้านแสดงด้วยตัวอักษรละติน R หรือ r

หน่วยของความต้านทานไฟฟ้าคือโอห์ม

โอห์ม คือ ความต้านทานของคอลัมน์ปรอทสูง 106.3 ซม. โดยมีหน้าตัด 1 mm2 ที่อุณหภูมิ 0° C

ตัวอย่างเช่นหากความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำคือ 4 โอห์มก็จะมีการเขียนดังนี้: R = 4 โอห์มหรือ r = 4 โอห์ม

ในการวัดความต้านทานขนาดใหญ่ จะใช้หน่วยที่เรียกว่าเมกะโอห์ม

หนึ่งเมกะโอห์มเท่ากับหนึ่งล้านโอห์ม

ยิ่งความต้านทานของตัวนำมากเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งความต้านทานของตัวนำยิ่งต่ำลง กระแสไฟฟ้าก็จะผ่านตัวนำนี้ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นเพื่อกำหนดลักษณะของตัวนำ (จากมุมมองของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน) เราสามารถพิจารณาไม่เพียง แต่ความต้านทานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความต้านทานกลับของความต้านทานและเรียกว่าการนำไฟฟ้าด้วย

การนำไฟฟ้าคือความสามารถของวัสดุในการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านตัวมันเอง

เนื่องจากการนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน จึงแสดงเป็น 1/R และการนำไฟฟ้าแสดงด้วยอักษรละติน g

อิทธิพลของวัสดุตัวนำ ขนาด และอุณหภูมิโดยรอบต่อค่าความต้านทานไฟฟ้า

ความต้านทานของตัวนำต่างๆขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำ เพื่อระบุลักษณะความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุต่างๆ จึงได้นำแนวคิดของสิ่งที่เรียกว่าความต้านทานมาใช้

ความต้านทานคือความต้านทานของตัวนำที่มีความยาว 1 ม. และพื้นที่หน้าตัด 1 mm2 ความต้านทานจะแสดงด้วยตัวอักษร p ของอักษรกรีก วัสดุแต่ละชนิดที่ใช้ทำตัวนำมีความต้านทานของตัวเอง

ตัวอย่างเช่น ความต้านทานของทองแดงคือ 0.017 เช่น ตัวนำทองแดงยาว 1 ม. และหน้าตัด 1 มม. 2 มีความต้านทาน 0.017 โอห์ม ความต้านทานของอลูมิเนียมคือ 0.03 ความต้านทานของเหล็กคือ 0.12 ความต้านทานของคอนสแตนตันคือ 0.48 ความต้านทานของนิกโครมคือ 1-1.1

ความต้านทานของตัวนำจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำ กล่าวคือ ยิ่งตัวนำยาวเท่าใด ความต้านทานไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความต้านทานของตัวนำจะแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของมัน กล่าวคือ ยิ่งตัวนำหนาเท่าไร ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลง และในทางกลับกัน ยิ่งตัวนำยิ่งบางลง ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

เพื่อให้เข้าใจความสัมพันธ์นี้ได้ดีขึ้น ลองนึกภาพภาชนะสองคู่ที่เชื่อมต่อกัน โดยคู่หนึ่งมีท่อเชื่อมต่อแบบบาง และอีกคู่มีท่อที่หนา เห็นได้ชัดว่าเมื่อน้ำในภาชนะใบหนึ่ง (แต่ละคู่) เต็มไปด้วยน้ำ การถ่ายเทน้ำไปยังภาชนะอีกใบผ่านท่อหนาจะเกิดขึ้นเร็วกว่าการใช้ท่อบางมาก กล่าวคือ ท่อหนาจะมีความต้านทานต่อการไหลน้อยกว่ามาก ของน้ำ. ในทำนองเดียวกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวนำที่หนาได้ง่ายกว่าผ่านตัวนำที่บาง เช่น อันแรกมีความต้านทานน้อยกว่าตัวที่สอง

ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำเท่ากับความต้านทานของวัสดุที่ใช้ทำตัวนำคูณด้วยความยาวของตัวนำและหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ:

R = กรุณา/S,

ที่ไหน - R คือความต้านทานของตัวนำ, โอห์ม, l คือความยาวของตัวนำในหน่วย m, S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ, mm 2

พื้นที่หน้าตัดของตัวนำทรงกลมคำนวณโดยสูตร:

S = พาย x ลึก 2/4

พีอยู่ไหน - ค่าคงที่เท่ากับ 3.14; d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำ

และนี่คือวิธีกำหนดความยาวของตัวนำ:

ล. = ส ร / พี

สูตรนี้ทำให้สามารถกำหนดความยาวของตัวนำ หน้าตัด และความต้านทานไฟฟ้าได้ หากทราบปริมาณอื่นๆ ที่รวมอยู่ในสูตร

หากจำเป็นต้องกำหนดพื้นที่หน้าตัดของตัวนำสูตรจะอยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

S = พี ล. / อาร์

การแปลงสูตรเดียวกันและแก้ความเท่าเทียมกันด้วยความเคารพต่อ p เราจะพบความต้านทานของตัวนำ:

ร = อาร์ ส / ลิตร

ต้องใช้สูตรสุดท้ายในกรณีที่ทราบความต้านทานและขนาดของตัวนำ แต่ไม่ทราบวัสดุและยิ่งไปกว่านั้นยากที่จะกำหนดโดย รูปร่าง. ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องกำหนดความต้านทานของตัวนำและค้นหาวัสดุที่มีความต้านทานดังกล่าวโดยใช้ตาราง

อีกเหตุผลที่ส่งผลต่อความต้านทานของตัวนำก็คืออุณหภูมิ

เป็นที่ยอมรับกันว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวนำโลหะจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลงก็จะลดลง ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงสำหรับตัวนำโลหะบริสุทธิ์นี้เกือบจะเท่ากันและเฉลี่ย 0.4% ต่อ 1°C ความต้านทานของตัวนำของเหลวและคาร์บอนลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างของสสารให้คำอธิบายต่อไปนี้สำหรับการเพิ่มความต้านทานของตัวนำโลหะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่อถูกความร้อนตัวนำจะได้รับพลังงานความร้อนซึ่งถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมทั้งหมดของสสารอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งส่งผลให้ความเข้มของการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ที่เพิ่มขึ้นของอะตอมจะสร้างความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอนอิสระมากขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ความต้านทานของตัวนำเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลง สภาพที่ดีขึ้นจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอน และความต้านทานของตัวนำจะลดลง สิ่งนี้อธิบายปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ - ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของโลหะ.

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดกล่าวคือ ความต้านทานของโลหะลดลงเป็นศูนย์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิติดลบอย่างมาก - 273 ° C เรียกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของโลหะดูเหมือนจะแข็งตัวอยู่กับที่ โดยไม่รบกวนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเลย

ความต้านทานไฟฟ้า- ปริมาณทางกายภาพที่แสดงคุณลักษณะของตัวนำเพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และเท่ากับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ปลายตัวนำต่อความแรงของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน

ความต้านทานสำหรับวงจรกระแสสลับและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับอธิบายไว้ในแนวคิดเรื่องอิมพีแดนซ์และอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ ความต้านทาน (ตัวต้านทาน) เรียกอีกอย่างว่าส่วนประกอบวิทยุที่ออกแบบมาเพื่อแนะนำความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรไฟฟ้า

ความต้านทาน (มักแสดงด้วยตัวอักษร R หรือ r) ถือเป็นค่าคงที่สำหรับตัวนำที่กำหนดภายในขอบเขตที่กำหนด สามารถคำนวณได้เป็น

YouTube สารานุกรม

1 / 5

út 8 เกรด - 129 งานและกำลังของกระแสไฟฟ้า

útบทที่ 358 ความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ค่า RMS ของกระแสและแรงดัน

, ⚡ บทที่ 305 กระแสไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์ การนำไฟฟ้าภายในและสิ่งเจือปน

สนุกไปกับบทที่ 296 การพึ่งพาอุณหภูมิของความต้านทานของโลหะ ความเป็นตัวนำยิ่งยวด

√ 8 คลาส - 110 วงจรไฟฟ้าและส่วนประกอบ

คำบรรยาย

หน่วยและขนาด

• stat (ในระบบ SGSE และ Gaussian, 1 statΩ = (10 9 −2) /cm = 898,755,178,736.818 โอห์ม (พอดี) data 8.98755·10 11 โอห์ม เท่ากับความต้านทานของตัวนำซึ่งมีกระแส 1 สแตมป์ไหลผ่านภายใต้แรงดัน 1 สเตตัสโวลต์)
• abom (ใน SGSM, 1 abΩ = 1·10 −9 Ohm = 1 นาโนโอห์ม เท่ากับความต้านทานของตัวนำซึ่งมีกระแส 1 abamp ไหลผ่านภายใต้แรงดันไฟฟ้า 1 abvolt)

มิติของความต้านทานในระบบ SGSE และ Gaussian มีค่าเท่ากับ ทีแอล−1 (นั่นคือ มันเกิดขึ้นพร้อมกับมิติของความเร็วย้อนกลับ s/cm) ในหน่วย SGSM - ร.ท−1 (นั่นคือ มันเกิดขึ้นพร้อมกับมิติของความเร็ว cm/s)

ปริมาณซึ่งกันและกันที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานคือการนำไฟฟ้า หน่วยการวัดซึ่งในระบบ SI คือซีเมนส์ (1 Sm = 1 โอห์ม −1) ในระบบ SGSE (และเกาส์เซียน) สแตติกซีเมนส์และใน SGSM - absiemens

ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์

โลหะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงเนื่องจากมีอยู่ จำนวนมากผู้ให้บริการปัจจุบัน - การนำอิเล็กตรอนเกิดจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมโลหะที่ไม่อยู่ในอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ กระแสไฟฟ้าในโลหะเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตามลำดับ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามจะกระจัดกระจายไปตามความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครงตาข่ายไอออน (สิ่งสกปรกข้อบกพร่องของโครงตาข่ายรวมถึงการละเมิดโครงสร้างเป็นระยะที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนความร้อนของไอออน) ในกรณีนี้อิเล็กตรอนสูญเสียโมเมนตัมและพลังงานของการเคลื่อนที่ของพวกมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานภายในของโครงตาข่ายคริสตัลซึ่งนำไปสู่การทำความร้อนของตัวนำเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ความต้านทานจำเพาะคือปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ ซึ่งมีค่าเท่ากับความต้านทานของตัวนำทรงกระบอกที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีหน่วยความยาวและพื้นที่หน้าตัดของหน่วย

ความต้านทานของโลหะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง ที่อุณหภูมิประมาณหลายเคลวิน ความต้านทานของโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่มีแนวโน้มหรือเท่ากับศูนย์ (ผลของการนำยิ่งยวด) ในทางตรงกันข้าม ความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์และฉนวนจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง (ในช่วงที่กำหนด) ความต้านทานยังเปลี่ยนแปลงเมื่อกระแส/แรงดันไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำ/เซมิคอนดักเตอร์เพิ่มขึ้น

การขึ้นอยู่กับความต้านทานต่อวัสดุความยาวและพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ

ในโลหะ ตัวพาประจุมือถือนั้นเป็นอิเล็กตรอนอิสระ เราสามารถสันนิษฐานได้ว่าในการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายพวกมันจะมีพฤติกรรมเหมือนโมเลกุลของก๊าซ ดังนั้นในฟิสิกส์คลาสสิก อิเล็กตรอนอิสระในโลหะจึงเรียกว่าก๊าซอิเล็กตรอน และในการประมาณครั้งแรก เชื่อกันว่ากฎที่กำหนดไว้สำหรับก๊าซในอุดมคติมีผลบังคับใช้กับพวกมัน

ความหนาแน่นของก๊าซอิเล็กตรอนและโครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัลขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะ ดังนั้นความต้านทานของตัวนำจึงต้องขึ้นอยู่กับชนิดของสารนั้น นอกจากนี้ ยังต้องขึ้นอยู่กับความยาวของตัวนำ พื้นที่หน้าตัด และอุณหภูมิด้วย

ผลกระทบของหน้าตัดของตัวนำต่อความต้านทานนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อหน้าตัดลดลงการไหลของอิเล็กตรอนในตัวนำที่มีความแรงของกระแสไฟฟ้าเท่ากันจะมีความหนาแน่นมากขึ้นดังนั้นปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับอนุภาคของ สสารในตัวนำจะแข็งแกร่งขึ้น

หากไม่มีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับไฟฟ้ามาก่อน ก็เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าทำงานอย่างไร ทำไมมันถึงทำงานเลย ทำไมคุณต้องเสียบปลั๊กทีวีเพื่อให้มันใช้งานได้ และทำไมไฟฉายต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็กเท่านั้นจึงจะส่องในที่มืดได้ .

แล้วเราจะเข้าใจทุกอย่างตามลำดับ

ไฟฟ้า

ไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ยืนยันการมีอยู่ ปฏิสัมพันธ์ และการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ไฟฟ้าถูกค้นพบครั้งแรกในศตวรรษที่ 7 ก่อนคริสต์ศักราช ทาลีส นักปรัชญาชาวกรีก ทาเลสสังเกตเห็นว่าหากชิ้นอำพันถูบนขนแกะ มันจะเริ่มดึงดูดวัตถุที่มีน้ำหนักเบา อำพันในภาษากรีกโบราณคืออิเล็กตรอน

นี่คือวิธีที่ฉันจินตนาการว่าทาลีสกำลังนั่งถูอำพันบนตัวเขา (นี่คือเสื้อแจ๊กเก็ตทำด้วยผ้าขนสัตว์ของชาวกรีกโบราณ) จากนั้นเขาก็มองดูผม เศษด้าย ขนนก และเศษกระดาษด้วยสายตางุนงง ถึงอำพัน

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ไฟฟ้าสถิต. คุณสามารถทำซ้ำประสบการณ์นี้ได้ ในการทำเช่นนี้ ให้ถูไม้บรรทัดพลาสติกธรรมดาด้วยผ้าขนสัตว์แล้วนำไปวางบนกระดาษชิ้นเล็กๆ

ก็ควรสังเกตว่า เป็นเวลานานปรากฏการณ์นี้ยังไม่ได้รับการศึกษา และเฉพาะในปี 1600 ในบทความของเขาเรื่อง "On the Magnet, Magnetic Bodies และ Great Magnet - the Earth" William Gilbert นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษได้แนะนำคำว่าไฟฟ้า ในงานของเขา เขาบรรยายถึงการทดลองของเขากับวัตถุที่ถูกไฟฟ้า และยังได้พิสูจน์ด้วยว่าสสารอื่นๆ สามารถกลายเป็นไฟฟ้าได้

จากนั้น เป็นเวลาสามศตวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ที่ก้าวหน้าที่สุดในโลกค้นคว้าเกี่ยวกับไฟฟ้า เขียนบทความ ตั้งกฎหมาย ประดิษฐ์เครื่องจักรไฟฟ้า และในปี พ.ศ. 2440 โจเซฟ ทอมสันเท่านั้นที่ค้นพบสารพาหะไฟฟ้าชนิดแรก นั่นคือ อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ทำให้เกิดกระบวนการทางไฟฟ้าใน สารที่เป็นไปได้

อิเล็กตรอน– เป็นอนุภาคมูลฐาน มีประจุลบประมาณเท่ากับ -1.602·10 -19 Cl (จี้). กำหนด จหรือ อี –.

แรงดันไฟฟ้า

หากต้องการให้อนุภาคมีประจุเคลื่อนที่จากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง จำเป็นต้องสร้างประจุระหว่างขั้วทั้งสอง ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นหรือ - แรงดันไฟฟ้า. หน่วยแรงดันไฟฟ้า – โวลต์ (ในหรือ วี). ในสูตรและการคำนวณ แรงดันไฟฟ้าจะแสดงด้วยตัวอักษร วี . ในการรับแรงดันไฟฟ้า 1 V คุณต้องถ่ายโอนประจุ 1 C ระหว่างขั้วในขณะที่ทำงาน 1 J (จูล)

เพื่อความชัดเจน ลองจินตนาการถึงถังเก็บน้ำที่อยู่ในระดับความสูงระดับหนึ่ง มีท่อออกมาจากถัง น้ำภายใต้แรงดันธรรมชาติจะออกจากถังผ่านท่อ เรามาตกลงกันว่าน้ำเป็น ค่าไฟฟ้า, ความสูงของเสาน้ำ (ความดัน) คือ แรงดันไฟฟ้าและความเร็วของการไหลของน้ำคือ ไฟฟ้า.

ดังนั้นยิ่งมีน้ำในถังมาก แรงดันก็จะยิ่งสูงขึ้น ในทำนองเดียวกันจากมุมมองทางไฟฟ้า ยิ่งประจุมากขึ้น แรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้น

มาเริ่มระบายน้ำกันเถอะความดันจะลดลง เหล่านั้น. ระดับประจุลดลง - แรงดันไฟฟ้าลดลง ปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตได้โดยใช้ไฟฉาย หลอดไฟจะหรี่ลงเมื่อแบตเตอรี่หมด โปรดทราบว่ายิ่งแรงดันน้ำ (แรงดันไฟฟ้า) ต่ำลง อัตราการไหลของน้ำ (กระแสไฟ) ก็จะยิ่งต่ำลง

ไฟฟ้า

ไฟฟ้าเป็นกระบวนการทางกายภาพของการเคลื่อนที่โดยตรงของอนุภาคที่มีประจุภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากขั้วหนึ่งของวงจรไฟฟ้าปิดไปยังอีกขั้วหนึ่ง อนุภาคที่บรรทุกประจุอาจรวมถึงอิเล็กตรอน โปรตอน ไอออน และรู หากไม่มีวงจรปิด กระแสไฟฟ้าก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ อนุภาคที่สามารถขนส่งได้ ค่าไฟฟ้าไม่มีอยู่ในสารทุกชนิด เรียกว่า สารที่มีอยู่ ตัวนำและ เซมิคอนดักเตอร์. และสารที่ไม่มีอนุภาคดังกล่าว - อิเล็กทริก.

หน่วยปัจจุบัน – กระแสไฟ (ก). ในสูตรและการคำนวณ ความแรงของกระแสจะถูกระบุด้วยตัวอักษร ฉัน . กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ถูกสร้างขึ้นเมื่อประจุ 1 คูลอมบ์ (6.241·10 18 อิเล็กตรอน) ผ่านจุดหนึ่งในวงจรไฟฟ้าใน 1 วินาที

ลองดูการเปรียบเทียบระหว่างน้ำและไฟฟ้าของเราอีกครั้ง ตอนนี้ให้เรานำถังสองถังมาเติมน้ำในปริมาณที่เท่ากัน ความแตกต่างระหว่างถังคือเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อทางออก

มาเปิดก๊อกน้ำและตรวจสอบให้แน่ใจว่าน้ำไหลจากถังด้านซ้ายมากกว่า (เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อใหญ่กว่า) มากกว่าทางด้านขวา ประสบการณ์นี้เป็นหลักฐานที่ชัดเจนของการพึ่งพาความเร็วการไหลของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ ทีนี้ลองทำให้กระแสทั้งสองเท่ากัน โดยเติมน้ำ (ชาร์จ) ลงในถังด้านขวา ซึ่งจะให้แรงดัน (แรงดันไฟฟ้า) มากขึ้น และเพิ่มอัตราการไหล (กระแส) ในวงจรไฟฟ้า จะเล่นเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ความต้านทาน.

การทดลองที่ดำเนินการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสัมพันธ์ระหว่าง แรงดันไฟฟ้า, ไฟฟ้าช็อตและ ความต้านทาน. เราจะพูดถึงความต้านทานเพิ่มเติมในภายหลัง แต่ตอนนี้ขอพูดถึงคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้าอีกสองสามคำ

หากแรงดันไฟฟ้าไม่เปลี่ยนขั้วบวกเป็นลบและกระแสไหลไปในทิศทางเดียวก็เป็นเช่นนั้น กระแสตรง. และตามลำดับ ความดันคงที่. หากแหล่งจ่ายแรงดันเปลี่ยนขั้วและกระแสไหลไปในทิศทางเดียวก่อนจากนั้นไปอีกทางหนึ่งนี่ก็เป็นแล้ว กระแสสลับและ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ . ค่าสูงสุดและต่ำสุด (ระบุบนกราฟเป็น ไอโอ ) - นี้ แอมพลิจูดหรือค่ากระแสสูงสุด ในปลั๊กไฟภายในบ้าน แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนขั้ว 50 ครั้งต่อวินาที เช่น กระแสผันผวนตรงนี้และตรงนั้น ปรากฎว่าความถี่ของการสั่นเหล่านี้คือ 50 เฮิรตซ์ หรือเรียกสั้น ๆ ว่า 50 เฮิรตซ์ ในบางประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา ความถี่คือ 60 Hz

ความต้านทาน

ความต้านทานไฟฟ้า– ปริมาณทางกายภาพที่กำหนดคุณสมบัติของตัวนำที่จะขัดขวาง (ต้านทาน) การผ่านของกระแส หน่วยต้านทาน – โอห์ม(แสดง โอห์มหรืออักษรกรีกโอเมก้า Ω ). ในสูตรและการคำนวณ ความต้านทานจะถูกระบุด้วยตัวอักษร ร . ตัวนำมีความต้านทาน 1 โอห์มต่อขั้วที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 1 V และกระแสไฟฟ้าไหล 1 A

ตัวนำนำกระแสต่างกัน ของพวกเขา การนำไฟฟ้าประการแรกขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวนำตลอดจนหน้าตัดและความยาว ยิ่งหน้าตัดมีขนาดใหญ่ ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้น แต่ยิ่งความยาวยิ่งยาว ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งต่ำลง ความต้านทานเป็นแนวคิดผกผันของการนำไฟฟ้า

เมื่อใช้แบบจำลองระบบประปาเป็นตัวอย่าง ความต้านทานสามารถแสดงเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อได้ ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าไร ค่าการนำไฟฟ้าก็ยิ่งแย่ลงและมีความต้านทานมากขึ้นเท่านั้น

ความต้านทานของตัวนำแสดงออกเช่นในการให้ความร้อนของตัวนำเมื่อกระแสไหลผ่าน ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งกระแสไฟฟ้ามากขึ้นและส่วนตัดขวางของตัวนำยิ่งเล็กลง ความร้อนก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

พลัง

พลังงานไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพที่กำหนดอัตราการแปลงไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น คุณเคยได้ยินมากกว่าหนึ่งครั้ง: “หลอดไฟมีวัตต์มาก” นี่คือพลังงานที่ใช้โดยหลอดไฟต่อหน่วยเวลาระหว่างการทำงานเช่น การแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งด้วยความเร็วที่แน่นอน

แหล่งที่มาของไฟฟ้า เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ก็มีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานเช่นกัน แต่ผลิตได้ต่อหน่วยเวลาแล้ว

หน่วยพลังงาน - วัตต์(แสดง วหรือ ว). ในสูตรและการคำนวณ กำลังจะระบุด้วยตัวอักษร ป . สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะใช้คำนี้ พลังงานเต็ม, หน่วย - โวลต์แอมป์ (เวอร์จิเนียหรือ วีเอ) แสดงด้วยตัวอักษร ส .

และในที่สุดก็เกี่ยวกับ วงจรไฟฟ้า. วงจรนี้เป็นชุดอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชุดที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าและเชื่อมต่อถึงกันได้

สิ่งที่เราเห็นในภาพนี้คืออุปกรณ์ไฟฟ้าพื้นฐาน (ไฟฉาย) ภายใต้แรงดันไฟฟ้า ยู(ข) แหล่งกำเนิดไฟฟ้า (แบตเตอรี่) ผ่านตัวนำและส่วนประกอบอื่น ๆ ที่มีความต้านทานต่างกัน 4.59 (237 โหวต)

เริ่มต้นด้วย ลองพิจารณาคำถามที่ว่าครั้งหนึ่งนักวิจัยมาเข้าใจปริมาณที่เรียกว่า “ได้อย่างไร ความต้านทานปัจจุบัน" เมื่อพิจารณาพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต เราได้คำนึงถึงประเด็นการนำไฟฟ้าแล้ว ซึ่งรวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าสารต่างๆ มีความนำไฟฟ้าต่างกัน (ความสามารถในการส่งอนุภาคที่มีประจุอิสระ) ตัวอย่างเช่น โลหะมีลักษณะเป็นการนำไฟฟ้าที่ดี (ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเรียกว่าตัวนำ) ในขณะที่พลาสติกและไม้มีลักษณะเป็นการนำไฟฟ้าต่ำ (ไดอิเล็กทริกหรือไม่ใช่ตัวนำ) ความแตกต่างดังกล่าวเกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของโครงสร้างโมเลกุลของสารต่างๆ

งานที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการศึกษาการนำไฟฟ้าของสารต่างๆ คือการทดลองที่ดำเนินการโดย Georg Ohm (1789-1854) (รูปที่ 1)

สาระสำคัญของงานของโอห์มมีดังนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้ แผนภาพไฟฟ้า, ซึ่งประกอบด้วย แหล่งที่มาปัจจุบันตัวนำตลอดจนอุปกรณ์พิเศษสำหรับการติดตาม แอมแปร์. ด้วยการเปลี่ยนตัวนำในวงจร โอห์มจะติดตามรูปแบบต่อไปนี้: กระแสไฟฟ้าในวงจรเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น การค้นพบครั้งต่อไปของโอห์มคือเมื่อเปลี่ยนตัวนำ ระดับความแรงของกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นก็เปลี่ยนไปตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นด้วย ตัวอย่างของการพึ่งพาดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2

แกน X แสดงแรงดันไฟฟ้าและแกน Y แสดง แอมแปร์. กราฟแสดงเส้นตรงสองเส้นที่แสดงอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกันพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ขึ้นอยู่กับตัวนำที่รวมอยู่ในวงจร

ผลการวิจัยของโอห์มได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้: "ตัวนำที่แตกต่างกันมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกัน" ซึ่งเป็นผลมาจากแนวคิดที่ปรากฏ ความต้านทานปัจจุบัน.

ความต้านทานไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้า

ความต้านทานไฟฟ้าเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงความสามารถของตัวนำในการมีอิทธิพล ไฟฟ้าไหลอยู่ในตัวนำ

• การกำหนดปริมาณ: R
• หน่วย: โอห์ม

จากการทดลองกับตัวนำจึงพบว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างกัน ความแรงในปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าก็ขึ้นอยู่กับขนาดของตัวนำที่ใช้ด้วย ไม่ใช่เฉพาะกับสสารเท่านั้น อิทธิพลของขนาดตัวนำจะกล่าวถึงโดยละเอียดในบทเรียนแยกต่างหาก

อะไรทำให้มันปรากฏ? ความต้านทานปัจจุบัน? ในระหว่างการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ ปฏิกิริยาคงที่จะเกิดขึ้นระหว่างไอออนที่อยู่ในโครงสร้างของโครงผลึกและอิเล็กตรอน อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนช้าลง (ในความเป็นจริงเนื่องจากการชนกันของอิเล็กตรอนกับอะตอม - โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล) เนื่องจากความต้านทานกระแสถูกสร้างขึ้น

ปริมาณทางกายภาพอีกปริมาณหนึ่งยังสัมพันธ์กับความต้านทานไฟฟ้าด้วย - การนำไฟฟ้าในปัจจุบันเป็นการตอบแทนของการต่อต้าน

สูตรความต้านทานปัจจุบัน

ลองพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณที่ศึกษาในบทเรียนที่แล้ว ตามที่กล่าวไว้เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแรงดันไฟฟ้าในวงจรจะเพิ่มขึ้นและ ความแรงในปัจจุบันปริมาณเหล่านี้เป็นสัดส่วน: ฉัน~ยู

ความต้านทานของตัวนำที่เพิ่มขึ้นทำให้ความแรงของกระแสในวงจรลดลง ดังนั้นปริมาณเหล่านี้จึงมีสัดส่วนผกผันกัน: ฉัน~1/ร

จากผลการวิจัยพบว่ามีรูปแบบดังนี้ R=U/ฉัน

เรากำหนดเวลาการรับหน่วย ความต้านทานปัจจุบัน: 1โอห์ม=1โวลต์/1A

ดังนั้น 1 โอห์มคือความต้านทานกระแสซึ่งกระแสในตัวนำคือ 1 A และแรงดันไฟฟ้าที่ปลายตัวนำคือ 1 V

จริงๆ แล้ว, ความต้านทานปัจจุบัน 1 โอห์มมีขนาดเล็กเกินไป และในทางปฏิบัติมีการใช้ตัวนำที่มีความต้านทานสูงกว่า (1 KOhm, 1 MOhm เป็นต้น)

กระแสและแรงดันเป็นปริมาณที่สัมพันธ์กันซึ่งมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน เราจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทเรียนถัดไป

ท่ามกลางตัวบ่งชี้อื่น ๆ ที่มีลักษณะเฉพาะ วงจรไฟฟ้าตัวนำก็คุ้มค่าที่จะเน้นความต้านทานไฟฟ้า เป็นตัวกำหนดความสามารถของอะตอมของวัสดุในการป้องกันการผ่านของอิเล็กตรอนโดยตรง ช่วยในการกำหนดค่านี้สามารถให้ได้โดยอุปกรณ์พิเศษ - โอห์มมิเตอร์และการคำนวณทางคณิตศาสตร์ตามความรู้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณและคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ ตัวบ่งชี้มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม (โอห์ม) ซึ่งกำหนดโดยสัญลักษณ์ R

กฎของโอห์ม - วิธีการทางคณิตศาสตร์ในการพิจารณาความต้านทาน

ความสัมพันธ์ที่สร้างโดย Georg Ohm กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน กระแส ความต้านทาน โดยขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ของแนวคิด ความใช้ได้ของความสัมพันธ์เชิงเส้น - R = U/I (อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าต่อกระแสไฟฟ้า) - ไม่ได้ถูกสังเกตในทุกกรณี
หน่วย [R] = B/A = โอห์ม 1 โอห์มคือความต้านทานของวัสดุซึ่งมีกระแส 1 แอมแปร์ไหลผ่านที่แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์

สูตรเชิงประจักษ์สำหรับการคำนวณความต้านทาน

ข้อมูลวัตถุประสงค์เกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของวัสดุตามมาจากคุณลักษณะทางกายภาพ ซึ่งกำหนดทั้งคุณสมบัติของตัวเองและการตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอก ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ การนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ:

• ขนาด.
• เรขาคณิต.
• อุณหภูมิ

อะตอมของวัสดุนำไฟฟ้าชนกับอิเล็กตรอนที่มีทิศทาง ขัดขวางไม่ให้พวกมันเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ที่ความเข้มข้นสูงในระยะหลังอะตอมจะไม่สามารถต้านทานพวกมันได้และค่าการนำไฟฟ้าจะสูง ค่าความต้านทานสูงเป็นเรื่องปกติสำหรับไดอิเล็กทริกซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าเกือบเป็นศูนย์

ลักษณะที่กำหนดอย่างหนึ่งของตัวนำแต่ละตัวคือความต้านทาน - ρ จะกำหนดการพึ่งพาความต้านทานต่อวัสดุตัวนำและอิทธิพลภายนอก นี่คือค่าคงที่ (ภายในวัสดุเดียว) ที่แสดงถึงข้อมูลตัวนำในมิติต่อไปนี้ - ความยาว 1 ม. (l) พื้นที่หน้าตัด 1 ตร.ม. ดังนั้น ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้จึงแสดงด้วยความสัมพันธ์: R = ρ* ë/S:

• ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุจะลดลงเมื่อความยาวเพิ่มขึ้น
• การเพิ่มขึ้นของพื้นที่หน้าตัดของตัวนำส่งผลให้ความต้านทานลดลง รูปแบบนี้เกิดจากการลดความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ส่งผลให้อนุภาควัสดุสัมผัสกันน้อยลง
• การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของวัสดุจะกระตุ้นให้เกิดความต้านทานเพิ่มขึ้น ในขณะที่อุณหภูมิที่ลดลงจะทำให้อุณหภูมิลดลง

ขอแนะนำให้คำนวณพื้นที่หน้าตัดตามสูตร S = πd 2/4 เทปวัดจะช่วยในการกำหนดความยาว

ความสัมพันธ์กับอำนาจ (P)

ตามสูตรของกฎของโอห์ม U = I*R และ P = I*U ดังนั้น P = I 2 *R และ P = U 2 /R
เมื่อทราบขนาดของกระแสและกำลัง ความต้านทานสามารถกำหนดได้ดังนี้: R = P/I 2
เมื่อทราบแรงดันและกำลังแล้ว สามารถคำนวณความต้านทานได้อย่างง่ายดายโดยใช้สูตร: R = U 2 /P

ความต้านทานของวัสดุและค่าของคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ สามารถรับได้โดยใช้วิธีพิเศษ เครื่องมือวัดหรือตามกฎทางคณิตศาสตร์ที่กำหนดไว้