Elektriskt motstånd hos ledningar

Begreppet elektriskt motstånd och konduktivitet

Varje kropp genom vilken en elektrisk ström flyter har ett visst motstånd. Egenskapen hos ett ledande material att hindra en elektrisk ström från att passera genom det kallas elektriskt motstånd.

Elektronisk teori förklarar arten av det elektriska motståndet hos metallledare på detta sätt. Fria elektroner, när de rör sig längs en tråd, möter atomer och andra elektroner på väg otaliga gånger och, när de interagerar med dem, förlorar de oundvikligen en del av sin energi. Elektroner upplever motstånd mot sin rörelse ändå. Olika metallledare med olika atomstruktur har olika motstånd mot elektrisk ström.

Exakt detsamma förklarar motståndet hos vätskeledare och gaser mot passage av elektrisk ström. Men vi får inte glömma att i dessa ämnen möter inte elektroner, utan laddade partiklar av molekyler motstånd under sin rörelse.

Motstånd betecknas med de latinska bokstäverna R eller r.

Ohm tas som enheten för elektriskt motstånd.

Ohm är motståndet hos en kvicksilverkolonn 106,3 cm hög med ett tvärsnitt på 1 mm2 vid en temperatur på 0 °C.

Om till exempel trådens elektriska motstånd är 4 ohm, så skrivs det så här: R = 4 ohm eller r = 4 th.

För att mäta resistanser av stort värde används en enhet som kallas megohm.

En megaohm är lika med en miljon ohm.

Ju större motstånd tråden har, desto sämre leder den elektrisk ström, och omvänt, ju lägre motstånd tråden har, desto lättare är det för elektrisk ström att passera genom denna tråd.

Därför, för egenskaperna hos en ledare (ur synvinkeln av passage av en elektrisk ström genom den), kan man ta hänsyn till inte bara dess motstånd, utan också värdet invers av motståndet och kallas konduktivitet.

Elektrisk ledningsförmåga kallas ett materials förmåga att passera en elektrisk ström genom sig själv.

Eftersom konduktans är resistansens ömsesidighet uttrycks den som 1 /R, konduktansen betecknas med den latinska bokstaven g.

Inverkan av materialet i ledaren, dess dimensioner och omgivningstemperatur på värdet av elektriskt motstånd

Resistansen hos olika ledningar beror på vilket material de är gjorda av. För att karakterisera det elektriska motståndet hos olika material, begreppet den så kallade Motstånd.

Motstånd kallas motståndet hos en tråd med en längd på 1 m och en tvärsnittsarea på 1 mm2. Motstånd betecknas med den grekiska bokstaven r. Varje material som en ledare är gjord av har sitt eget specifika motstånd.

Till exempel är kopparmotståndet 0,017, det vill säga en koppartråd med en längd på 1 m och ett tvärsnitt på 1 mm2 har ett motstånd på 0,017 ohm. Resistansen för aluminium är 0,03, motståndet för järn är 0,12, motståndet för konstantan är 0,48, och motståndet för nikrom är 1-1,1.

Läs mer om det här: Vad är elektriskt motstånd?

Resistansen hos en tråd är direkt proportionell mot dess längd, det vill säga ju längre tråden är, desto större är dess elektriska motstånd.

Resistansen hos en tråd är omvänt proportionell mot dess tvärsnittsarea, det vill säga ju tjockare tråden är, desto lägre är dess resistans, och omvänt, ju tunnare tråden är, desto högre motstånd.

För att bättre förstå detta förhållande, föreställ dig två par av kommunicerande kärl, ett par kärl har ett tunt anslutningsrör och det andra ett tjockt. Det är tydligt att när ett av kärlen (varje par) är fyllt med vatten, kommer dess överföring till ett annat kärl genom ett tjockt rör att ske mycket snabbare än genom ett tunt, d.v.s. ett tjockt rör kommer att ha mindre motstånd mot vattenflödet. På samma sätt är det lättare för en elektrisk ström att passera genom en tjock tråd än genom en tunn, det vill säga den förra har mindre motstånd än den senare.

Det elektriska motståndet för en ledare är lika med det specifika motståndet för materialet som denna ledare är gjord av, multiplicerat med ledarens längd och dividerat med arean av tvärsnittsarean av dirigent:

R = p l/S,

där — R — trådens motstånd, ohm, l — längden i tråden i m, C — trådens tvärsnittsarea, mm2.

Tvärsnittsarea av en rund tråd beräknad med formeln:

S = Pi xd2 / 4

där Pi är ett konstant värde lika med 3,14; d — trådens diameter.

Och så här bestäms längden på tråden:

l = S R / p,

Denna formel gör det möjligt att bestämma längden på tråden, dess tvärsnitt och motstånd, om de andra kvantiteterna som ingår i formeln är kända.

Om det är nödvändigt att bestämma trådens tvärsnittsarea, leder formeln till följande form:

S = pl/R

Om vi ​​transformerar samma formel och löser likheten i termer av p, finner vi trådens motstånd:

R = R S/l

Den senare formeln bör användas i de fall då ledarens motstånd och dimensioner är kända, men dess material är okänt, och dessutom är det svårt att avgöra utifrån dess utseende. För att göra detta är det nödvändigt att bestämma trådens motstånd och, med hjälp av tabellen, hitta ett material med ett sådant motstånd.

En annan faktor som påverkar motståndet hos ledningar är temperatur.

Det har fastställts att med en ökning av temperaturen ökar motståndet hos metalltrådar, och med en minskning minskar det. Denna ökning eller minskning av resistans för ledare av rena metall är nästan densamma och är i genomsnitt 0,4 % per 1 °C... Resistansen hos vätskeledare och kol minskar med ökande temperatur.

Den elektroniska teorin om materiens struktur ger följande förklaring till ökningen av motståndet hos metallledare med ökande temperatur.Vid uppvärmning mottar ledaren termisk energi, som oundvikligen överförs till alla atomer i ämnet, vilket resulterar i att intensiteten i deras rörelse ökar. Den ökade rörelsen av atomer skapar större motstånd mot den riktade rörelsen av fria elektroner, varför ledarens motstånd ökar. När temperaturen sjunker skapas bättre förutsättningar för elektronernas riktningsrörelse och ledarens motstånd minskar. Detta förklarar ett intressant fenomen - superledning av metaller.

Superkonduktivitet Reduktion av motståndet hos metaller till noll sker vid en enorm negativ temperatur -273° ° Så kallad absolut noll. Vid en temperatur på absolut noll verkar metallatomer frysa på plats, helt ostörda av elektronernas rörelse.