Образовака🌡️ Физика8 классЭлектрические явления

Электрическое сопротивление проводника

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 226.

Электрический ток в проводнике возникает в результате силового воздействия электрического поля на заряженные частицы. Скорость частиц, достигнув определенной, конечной величины, далее не возрастает. Способность проводника ограничивать скорость движения электронов называется электрическим сопротивлением.

Основной механизм сопротивления проводников

Ток в проводнике создается направленным движением свободных электронов. Электроны, ускорившись в электрическом поле, продолжают одновременно участвовать в тепловом хаотическом движении, сталкиваясь с нейтральными и заряженными атомами, расположенными в узлах кристаллической решетки. Излишки приобретенной кинетической энергии электроны отдают (“тормозятся”) более тяжелым по массе атомам (нейтральным и ионизированным).

Таким образом возникает сопротивление однонаправленному движению свободных электронов. Отличия в структуре решеток, размерах и массах атомов разных веществ являются причинами того, что электрические сопротивления проводников могут значительно отличаться друг от друга.

Рис. 1. Столкновения электронов с атомами ограничивают электрический ток в проводнике и создают сопротивление.

Как определить величину сопротивления

Эту задачу в 1826 г. решил немецкий ученый Георг Ом. Он провел большое число экспериментов с образцами разных проводников. С помощью набора источников тока он подавал напряжение U на исследуемые образцы и, одновременно измерял c помощью амперметра электрический ток I. Полученные результаты позволили ему вывести формулу, названную законом Ома:

$ U = I * R $ (1)

где:

U — напряжение, В;

I — сила тока, А.

Величина R была названа электрическим сопротивлением. Пользуясь формулой (1) можно получить уравнение для вычисления R по результатам измерения напряжения U и тока I:

$ R={U \over I} $ (2)

Рис. 2. Схема измерения напряжения и тока в экспериментах Георга Ома.

Единица измерения электрического сопротивления

Единицу измерения сопротивления назвали в честь Георга Ома. В Международной интернациональной системе единиц СИ электрическое сопротивление 1 Ом имеет участок цепи, на котором падает напряжение равное 1 В при силе тока 1 А:

$ 1 Ом = { 1 В\over 1 A} $ (3)

Для определения сопротивления с помощью закона Ома требуется измерить предварительно напряжение и ток. Двух измерений можно избежать с помощью прибора, разработанного для непосредственного измерения сопротивления. Прибор называется омметром.

Приборы для измерения сопротивления - омметры — Рис. 3. Приборы для измерения сопротивления – омметры.

На практике большинство используемых в электрических схемах и приборах сопротивлений гораздо больше, чем 1 Ом. Поэтому чаще применяются кратные единицы измерений : килоом и мегом:

1 кОм = 1000 Ом;
1 МОм = 1000 000 Ом.

Удельное электрическое сопротивление

Дальнейшие исследования позволили установить связь величины электрического сопротивления с его основными геометрическими размерами. Оказалось, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника L и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника S.

Эта функциональная связь хорошо описывается следующей формулой:

$ R = ρ *{ L\over S} $ (4)

Постоянная для каждого вещества величина ρ была названа удельным сопротивлением. Значение этого параметра зависит от плотности вещества, его кристаллической структуры, строения атомов и прочих внутренних характеристик вещества. Из формулы (4) можно получить формулу для расчета удельного сопротивления, если имеются экспериментальные значения для R, L и S:

$ ρ = R*{ S\over L } $ (5)

Для большинства известных веществ измерения были произведены и внесены в справочные таблицы электрических сопротивлений проводников.

Удельное сопротивление металлов, Ом*мм²/м

(при Т = 20⁰С)

Серебро	0,016	Бронза (сплав)	0,1
Медь	0,017	Олово	0,12
Золото	0,024	Сталь (сплав)	0,12
Алюминий	0,028	Свинец	0,21
Иридий	0,047	Никелин (сплав)	0,42
Молибден	0,054	Манганин (сплав)	0,45
Вольфрам	0,055	Константан (сплав)	0,48
Цинк	0,06	Титан	0,58
Латунь (сплав)	0,071	Ртуть	0,958
Никель	0,087	Нихром (сплав)	1,1
Платина	0,1	Висмут	1,2

Экспериментально было обнаружено, что с понижением температуры сопротивление металлов уменьшается. При приближении к температуре абсолютного нуля, которая равна -273⁰С, сопротивление некоторых металлов стремится к нулю. Это явление называется сверхпроводимостью. Атомы и молекулы как бы “замораживаются”, прекращают любое движение и не оказывают сопротивления потоку электронов.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что способность проводника ограничивать величину электрического тока называется сопротивлением. Величину сопротивления проводника можно определить с помощью закона Ома, измерив напряжение и ток. Если известно удельное сопротивление проводника, его длина и поперечное сечение, то сопротивление можно вычислить с помощью формулы (4), не измеряя ток и напряжение.