Závislosť elektrického odporu vodiča na dĺžke

Jednou z fyzikálnych vlastností látky je schopnosť vykonávať elektrický prúd. Elektrická vodivosť (odpor vodiča) závisí od určitých faktorov: dĺžka elektrického obvodu, konštrukčné charakteristiky, prítomnosť voľných elektrónov, teplota, prúd, napätie, materiál a prierezová plocha.

Fyzický význam odporu

Prietok elektrického prúdu cez vodič vedie k smerovému pohybu voľných elektrónov. Prítomnosť voľných elektrónov závisí od samotnej látky a je prevzatá z tabuľky DI Mendeleyev, a to z elektronickej konfigurácie prvku. Elektróny začínajú narážať kryštalická mriežka prvku a prenášať energiu druhého. V tomto prípade vzniká tepelný efekt, keď prúd pôsobí na vodič.

Ak sa tieto reakcie spomalil, no potom sa podrobí pôsobeniu elektrického poľa, ktoré je urýchľuje sa začnú pohybovať rovnakou rýchlosťou. Elektróny sa občas zrazia. Tento proces sa nazýva odpor vodiča.

V dôsledku toho je elektrický odpor vodiča fyzikálne množstvo charakterizujúce pomer napätia k prúdu.

Čo je elektrický odpor: hodnota, ktorá naznačuje vlastnosť fyzického tela na premenu elektrickej energie na tepelnú energiu vďaka interakcii energie elektrónov s kryštalickou mriežkou hmoty. Povaha vodivosti sa líši:

1. Vodiče (schopné vykonávať elektrický prúd, pretože sú voľné elektróny).
2. Polovodiče (môžu vykonávať elektrický prúd, ale za určitých podmienok).
3. Dielektrikum alebo izolátory (majú obrovský odpor, neexistujú žiadne voľné elektróny, čo ich neumožňuje vykonávať prúd).

Táto vlastnosť je označená písmenami R a B merané v Ohmoch (ohmoch). Použitie týchto skupín látok je veľmi dôležité pre vývoj elektrických prístrojových diagramov.

Aby sme plne pochopili závislosť R na niečom, je potrebné venovať osobitnú pozornosť výpočtu tohto množstva.

Výpočet elektrickej vodivosti

Pri výpočte vodiča R sa uplatňuje zákon Ohm, ktorý uvádza, že prúd (I) je priamo úmerný napätiu (U) a je nepriamo úmerný odporu.

Vzorec na zistenie vodivosti materiálu R (dôsledok Ohmovho zákona pre reťazový úsek): R = U / I.

Pre úplnú časť obvodu má tento vzorec nasledujúcu formu: R = (U / I) - Rvn, kde Rvn - vnútorné napájanie R.

Vodivosť materiálu

Schopnosť vodiča prenášať elektrický prúd závisí od mnohých faktorov: napätie, prúd, dĺžka, plocha priečneho prierezu a vodivý materiál, ako aj teplota okolia.

V elektrotechnike sa geometrická zložka vodiča berie do úvahy pri výpočte a výrobe odporov.

Na ktorom závisí odpor: na dĺžke vodiča - l, odpor - p a na prierezovej ploche (s polomerom r) - S = Pi * r * r.

Vzorec R vodiča: R = p * l / S.

Z vzorca je viditeľný, na čom závisí vodivosť špecifická pre vodičov: R, l, S. Nie je potrebné ho vypočítavať týmto spôsobom, pretože je oveľa lepší spôsob. Špecifický odpor sa nachádza v príslušných referenčných knihách pre každý typ vodiča (p je fyzikálne množstvo rovnajúce sa R ​​materiálu s dĺžkou 1 meter a prierezovej plochy 1 m².

Avšak tento vzorec nestačí na presný výpočet odporu, takže je použitá závislosť od teploty.

Účinok teploty okolia

Je dokázané, že každá látka má špecifický odpor v závislosti od teploty.

Ak chcete túto skutočnosť preukázať, môžete vykonať nasledujúci experiment. Vezmite špirálu z nichrómu alebo z akéhokoľvek vodiča (uvedený na obrázku v tvare odporu), zdroj energie a normálny ammeter (môže byť nahradený žiarovkou). Zostavte obvod podľa schémy 1.

Schéma 1 - Elektrický okruh pre experiment

Je potrebné spotrebič napájať a pozorne sledovať namerané hodnoty ampérmetrov. Potom by ste mali vykurovať R bez vypnutia a odčítanie ampérmetrov začne klesať pri zvyšovaní teploty. Ohmov zákon o obvode je sledovaný: I = U / R. V tomto prípade môže byť vnútorný odpor zdroja energie zanedbateľný: to neovplyvňuje preukázanie závislosti R na teplote. Z toho vyplýva, že je prítomná teplotná závislosť R.

Fyzikálne význam R hodnoty sa v dôsledku vplyvu teploty na amplitúdu kmitu (zvýšenie) iónov v kryštálovej mriežke. V dôsledku toho sa elektróny zrazia častejšie a to spôsobuje rast R.

Podľa vzorca: R = p * l / S, nájdeme indikátor, ktorý závisí od teploty (S a l nezávisia od teploty). Zostáva p vodič. Vychádzajúc z toho sa získa rovnica pre teplotnú závislosť: (R-Ro) / R = a * t, kde Ro je 0 ° C, t je teplota okolia a a je koeficient proporcionality (teplotný koeficient).

Pri kovoch je "a" vždy väčšia ako nula a pre roztoky elektrolytov je teplotný koeficient menší ako 0.

Vzorec na nájdenie p použitý vo výpočtoch je: p = (1 + a * t) * po, kde p0 je hodnota špecifického odporu prevzatá z referenčnej knihy pre konkrétny vodič. V tomto prípade sa môže teplotný koeficient považovať za konštantný. Závislosť výkonu (P) na R vyplýva zo vzorca: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Špecifická hodnota odporu závisí aj od deformácie materiálu, pri ktorom je kryštalická mriežka porušená.

Deformácia a rezistivita

Keď sa kov spracováva v studenom médiu pri určitom tlaku, dochádza k plastickej deformácii. Súčasne je krištáľová mriežka skreslená a R-tok elektrónov sa zvyšuje. V tomto prípade sa tiež zvyšuje odpor. Tento proces je reverzibilný a nazýva sa rekryštalickým žíhaním, vďaka čomu sa niektoré chyby znižujú.

Pri pôsobení ťahových a kompresných síl na kov je tento kov podrobený deformáciám, ktoré sa nazývajú elastické. Odpor je znížený stláčaním, pretože amplitúda tepelných oscilácií klesá. Smerované nabité častice stáva sa jednoduchšie sa pohybovať. Pri napätí sa zvyšuje rezistivita v dôsledku nárastu amplitúdy tepelných kmitov.

Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje vodivosť, je typ prúdu prechádzajúceho vodičom.

AC reťazce

Odpor v sieťach so striedavým prúdom sa správa trochu inak, pretože zákon Ohm platí len pre obvody s konštantným napätím. Preto by sa mali výpočty robiť inak.

Impedancia je označený písmenom Z a skladá sa z algebraickým súčtom aktívny, induktívnych a kapacitných odporov.

Keď je aktívny R pripojený k obvodu striedavého prúdu, začne prúdiť sínusový prúd pod vplyvom rozdielu potenciálu. V tomto prípade vzorec vyzerá takto: Im = Um / R, kde Im a Um sú hodnoty amplitúdy prúdu a napätia. Vzorec odporu má nasledujúcu formu: IM = Um / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Pi * r * r).

Kapacitný odpor (Xc) je spôsobený prítomnosťou kondenzátorov v obvodoch. Treba poznamenať, že striedavý prúd prechádza cez kondenzátory a v dôsledku toho pôsobí ako vodič s kapacitou.

Xc sa vypočíta takto: Xc = 1 / (w * C), kde w je uhlová frekvencia a C je kapacita kondenzátora alebo skupiny kondenzátorov. Uhlová frekvencia je definovaná nasledovne:

1. Frekvencia striedavého prúdu sa meria (typicky 50 Hz).
2. Vynásobením 6,283.

Indukčný odpor (Xl) - znamená prítomnosť indukčnosti v obvode (tlmivka, relé, obvod, transformátor atď.). Vypočítané takto: Xl = wL, kde L je indukčnosť a w je uhlová frekvencia. Na výpočet indukčnosti Je potrebné použiť špecializované online kalkulačky alebo referenčnú knihu o fyzike. Takže všetky množstvá sú vypočítané pomocou vzorcov a zostáva len písať Z: Z * Z = R * R + (Xc-Xl) * (Xc-Xl).

Na určenie konečnej hodnoty je potrebné extrahovať druhú odmocninu výrazu: R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl). Z týchto vzorcov vyplýva, že frekvencia striedavého prúdu hrá dôležitú úlohu, napríklad v obvode rovnakej konštrukcie, s rastúcou frekvenciou sa tiež zvyšuje jeho Z. Treba dodať, že v obvodoch so striedavým napätím Z závisí od týchto indexov:

1. Dĺžky vodiča.
2. Sekcionálna oblasť je S.
3. Teplota.
4. Druh materiálu.
5. Kapacita.
6. Indukčnosť.
7. Frekvenciu.

V dôsledku toho má zákon Ohm pre segment reťazca úplne inú podobu: I = U / Z. Zákon pre celý reťazec sa tiež mení.

Meranie elektrickej vodivosti

Výpočty odporov vyžadujú určitý čas, takže pri meraní ich hodnôt sa používajú špeciálne elektromery, ktoré sa nazývajú ohmmetre. Meracie zariadenie sa skladá z číselníka, na ktorý je pripojený napájací zdroj.

Zmerajte R všetky kombinované zariadenia, ako sú testery a multimetre. Samostatné prístroje na meranie len tejto charakteristiky sa používajú extrémne zriedkavo (mega-meter na kontrolu izolácie napájacieho kábla).

Prístroj sa používa na kontinuitu elektrických obvodov v prípade poškodenia a použiteľnosti rádiových komponentov, ako aj na kontrolu izolácie káblov.

Pri meraní R je potrebné úplne odpojiť obvod, aby sa zabránilo poruche zariadenia. Preto je potrebné prijať nasledujúce opatrenia:

1. Vytiahnite zástrčku zo zásuvky.
2. Zapnite zariadenie, tým sa vybíjajú kondenzátory.
3. Pokračujte v meraní alebo volať.
4. Prepnite prepínač do režimu merania odporu.
5. Skráťte testovacie prívody zariadenia, aby ste sa uistili, že funguje (ukazuje veľmi malý odpor).
6. Zmerajte požadovanú oblasť.

V drahých multiméroch existuje funkcia kontinuity obvodu, duplikovaná zvukovým signálom, takže nie je potrebné pozerať sa na panel displeja prístroja.

Preto elektrický odpor hrá dôležitú úlohu v elektrotechnike. Závisí od konštantných obvodov na teplote, intenzite prúdu, dĺžke, druh materiálu a oblasti kríž vodivé časti. V sieťových obvodoch je táto závislosť doplnená o také frekvencie, kapacitu a indukčnosť. Vzhľadom na túto závislosť je možné zmeniť vlastnosti elektriny: napätie a prúd. Na meranie hodnoty odporu sa používajú ohmmetery, ktoré sa používajú aj pri riešení problémov so zapojením, kontinuitou rôznych obvodov a rádiových komponentov.