Opór elektryczny przewodów

Pojęcie oporu elektrycznego i przewodnictwa

Każde ciało, przez które przepływa prąd elektryczny, stawia mu pewien opór. Właściwość materiału przewodzącego polegająca na zapobieganiu przepływowi prądu elektrycznego nazywana jest opornością elektryczną.

Teoria elektroniki wyjaśnia w ten sposób naturę oporu elektrycznego przewodników metalowych. Swobodne elektrony, poruszając się po przewodzie, niezliczoną ilość razy napotykają na swojej drodze atomy i inne elektrony i wchodząc z nimi w interakcję, nieuchronnie tracą część swojej energii. Elektrony i tak napotykają opór swojego ruchu. Różne przewodniki metalowe o różnych strukturach atomowych mają różną odporność na prąd elektryczny.

Dokładnie to samo wyjaśnia opór płynnych przewodników i gazów wobec przepływu prądu elektrycznego. Nie wolno nam jednak zapominać, że w tych substancjach to nie elektrony, ale naładowane cząsteczki cząsteczek napotykają opór podczas swojego ruchu.

Opór jest oznaczony łacińskimi literami R lub r.

Om jest traktowany jako jednostka oporu elektrycznego.

Om to opór kolumny rtęci o wysokości 106,3 cm i przekroju 1 mm2 w temperaturze 0 ° C.

Jeśli na przykład rezystancja elektryczna drutu wynosi 4 omy, to jest zapisana w następujący sposób: R = 4 omy lub r = 4 th.

Do pomiaru rezystancji o dużej wartości przyjmuje się jednostkę zwaną megaomem.

Jeden megaom równa się milionowi omów.

Im większy opór drutu, tym gorzej przewodzi prąd elektryczny i odwrotnie, im mniejszy opór drutu, tym łatwiej prąd elektryczny przepływa przez ten drut.

Dlatego dla charakterystyki przewodnika (z punktu widzenia przepływu przez niego prądu elektrycznego) można wziąć pod uwagę nie tylko jego rezystancję, ale także wartość odwrotną do rezystancji i zwaną przewodnictwem.

Przewodnictwo elektryczne nazywa się zdolnością materiału do przepuszczania przez siebie prądu elektrycznego.

Ponieważ przewodnictwo jest odwrotnością oporu, wyraża się je jako 1 /R, przewodnictwo oznacza się łacińską literą g.

Wpływ materiału przewodnika, jego wymiarów i temperatury otoczenia na wartość oporu elektrycznego

Rezystancja różnych drutów zależy od materiału, z którego są wykonane. Aby scharakteryzować opór elektryczny różnych materiałów, pojęcie tzw Opór.

Rezystancja zwana rezystancją drutu o długości 1 mi polu przekroju 1 mm2. Rezystancja jest oznaczona grecką literą r. Każdy materiał, z którego wykonany jest przewodnik, ma swoją własną specyficzną rezystancję.

Na przykład rezystancja miedzi wynosi 0,017, czyli drut miedziany o długości 1 m i przekroju 1 mm2 ma rezystancję 0,017 oma. Opór aluminium wynosi 0,03, opór żelaza 0,12, opór konstantanu 0,48, a opór nichromu 1-1,1.

Przeczytaj więcej na ten temat tutaj: Co to jest opór elektryczny?

Rezystancja drutu jest wprost proporcjonalna do jego długości, to znaczy im dłuższy drut, tym większy jest jego opór elektryczny.

Rezystancja drutu jest odwrotnie proporcjonalna do jego pola przekroju poprzecznego, to znaczy im grubszy drut, tym mniejszy opór i odwrotnie, im cieńszy drut, tym większy opór.

Aby lepiej zrozumieć tę zależność, wyobraź sobie dwie pary naczyń połączonych, z których jedna ma cienką rurkę łączącą, a druga grubą. Oczywiste jest, że gdy jedno z naczyń (każda para) zostanie napełniona wodą, jej przeniesienie do drugiego naczynia przez grubą rurę nastąpi znacznie szybciej niż przez cienką, tj. gruba rura będzie miała mniejszy opór dla przepływu wody. Podobnie prąd elektryczny łatwiej przepływa przez gruby drut niż przez cienki, to znaczy ten pierwszy ma mniejszy opór niż ten drugi.

Opór elektryczny przewodnika jest równy oporowi właściwemu materiału, z którego wykonany jest ten przewodnik, pomnożonemu przez długość przewodnika i podzielonemu przez pole przekroju poprzecznego przewodnika konduktor:

R = p l / S,

gdzie — R — rezystancja drutu, om, l — długość drutu w m, C — pole przekroju poprzecznego drutu, mm2.

Pole przekroju okrągłego drutu obliczone według wzoru:

S = Pixd2 / 4

gdzie Pi jest stałą wartością równą 3,14; d — średnica drutu.

W ten sposób określa się długość drutu:

l = S R / p,

Wzór ten umożliwia wyznaczenie długości drutu, jego przekroju i rezystancji, jeżeli znane są pozostałe wielkości zawarte we wzorze.

Jeśli konieczne jest określenie pola przekroju poprzecznego drutu, wówczas wzór prowadzi do następującej postaci:

S = p l / R

Przekształcając ten sam wzór i rozwiązując równość pod względem p, znajdujemy opór drutu:

R = R S / l

Ten ostatni wzór należy stosować w przypadkach, gdy znana jest rezystancja i wymiary przewodnika, ale nieznany jest jego materiał, a ponadto trudno go określić na podstawie jego wyglądu. Aby to zrobić, należy określić rezystancję drutu i za pomocą tabeli znaleźć materiał o takiej rezystancji.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na rezystancję przewodów jest temperatura.

Ustalono, że wraz ze wzrostem temperatury rezystancja drutów metalowych wzrasta, a wraz ze spadkiem maleje. Ten wzrost lub spadek rezystancji dla przewodników z czystego metalu jest prawie taki sam i wynosi średnio 0,4% na 1 ° C... Rezystancja przewodników płynnych i węgla maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Elektroniczna teoria budowy materii daje następujące wyjaśnienie wzrostu rezystancji metalowych przewodników wraz ze wzrostem temperatury.Po podgrzaniu przewodnik otrzymuje energię cieplną, która jest nieuchronnie przenoszona na wszystkie atomy substancji, w wyniku czego wzrasta intensywność ich ruchu. Zwiększony ruch atomów stwarza większy opór skierowanemu ruchowi swobodnych elektronów, dlatego wzrasta opór przewodnika. Wraz ze spadkiem temperatury powstają lepsze warunki do kierunkowego ruchu elektronów i maleje rezystancja przewodnika. Wyjaśnia to interesujące zjawisko — nadprzewodnictwo metali.

NadprzewodnictwoZmniejszenie rezystancji metali do zera następuje przy ogromnej ujemnej temperaturze -273°° Tak zwane zero absolutne. W temperaturze zera absolutnego atomy metali wydają się zamarzać w miejscu, całkowicie niezakłócone przez ruch elektronów.