електричний опір
Направленого руху електричних зарядів в будь-якому провіднику перешкоджають молекули й атоми цього провідника. Тому і зовнішній ділянку електричного кола, і внутрішній (всередині само-го джерела енергії) надають перешкоду проходженню струму.
Величина, що характеризує протидію електричного кола проходженню електричного струму, називається електричним опором.
Електричний опір позначається буквою R і зображується на електричних схемах так, як показано на рис. 4.
Одиницею вимірювання опору є ом. Електричний опір лінійного провідника, в якому при незмінних різниці потенціалів в 1 В протікає струм силою в 1 А, дорівнює 1 Ом:
При вимірюванні великих опорів використовують одиниці в 1000 (кілоомах) і 1 млн разів (мегаомах) більше 1 Ом:
1 кОм = 1 ТОВ Ом
1 МОм = 1 ТОВ ТОВ Ом.
Для відносної оцінки електричних властивостей матеріалу провідника служить його питомий опір.
Питомий опір - це опір металевого провідника довжиною 1 м і площею поперечного перерізу позначається буквою вимірюється в Ом * м або Ом * / м.
Ріс.4.Условние графічні зображення резисторів:
а) з постійним опором б) з регульованим опором.
Якщо провідник, виготовлений з матеріалу з питомим опором р, має довжину I, м, і площа поперечного перерізу S. то сопротівленіеR цього провідника, Ом, визначається за формулою.
Опір провідників залежить від температури. Опір металевих провідників з підвищенням температури збільшується. Ця залежність достаточносложная, але у відносно вузьких межах зміни температури (приблизно
до 200 ° С) можна вважати, що для кожного металу існує певний, так званий температурний, коефіцієнт опору а, який висловлює приріст опору провідника ДR при зміні температури на 1 ° С, віднесений до 1 Ом початкового опору. Таким чином, температурний коефіцієнт опору
де - опір провідника при температурі. ; - опір того ж провідника при температурі.
Здатність провідника пропускати електричний струм характеризується провідністю, яка представляє собою величину, зворотну опору, і позначається буквою
Одиницею вимірювання провідності в СІ є 1 / Ом (сіменс). Таким чином,
Величина, зворотна питомому опору матеріалу провідника, називається питомою провідністю і позначається буквою. Таким чином, між питомим опором і питомою провідністю матеріалу має місце наступне співвідношення:
Приклад 1. Дріт перетином 0,5 і довжиною 40 м має опір 18 Ом. Визначити матеріал провідника.
Матеріал провідника характеризує його питомий електричний опір:
1. Від яких параметрів залежить питомий опір металевого
2. В яких одиницях системи СІ вимірюється електрична провідність?
3. Як залежить від довжини кабелю електричний опір його жили
і опір ізоляції?
4. Як змінюється опір металевого провідника зі збільшенням температури?
Німецький фізик Георг Ом (1787- 1854) експериментально встановив залежність між електрорушійної силою (ЕРС) Е, опором R і струмом I в замкнутому електричному ланцюзі (рис. 5).
Закон Ома формулюється так: сила струму в замкнутому електричному ланцюзі прямо пропорційна електродвіжущейсіле і обернено пропорційна опору всього ланцюга.
Струм в ланцюзі виникає під дією ЕРС Е. Чим більше ЕРС Е джерела енергії, тим більше струм I в замкнутому ланцюзі. Опір ланцюга R перешкоджає проходженню струму, отже, чим більше опір R ланцюга, тим менше струм I.
Закон Ома можна виразити наступною формулою
де R - опір зовнішньої частини ланцюга; - внутрішній опір істочніка.В цих формулах ток виражений в амперах (А), ЕРС - в вольтах
(В), опір - в Омасі (Ом).
Рис.5 Електричне коло до закону Ома
Опір всього ланцюга (рис.5)
Із закону Ома для замкненого кола отримаємо
де IR - падіння напруги в опорі R. т. е. у зовнішній ланцюга, або напруга на затискачах джерела енергії (генератора); IRi - падіння напруги в опорі R "т. е. усередині джерела енергії (генератора).
Закон Ома справедливий не тільки для всього ланцюга, а й для будь-якого її ділянки: сила струму на ділянці електричного кола дорівнює напрузі на затискачах цієї ділянки, поділеній на його опір:
Напруга на ділянці кола дорівнює добутку сили струму на опір цієї ділянки, т. Е. U = IR.
Для вимірювання сили струму в електричному ланцюзі використовують прилад амперметр, а для вимірювання напруги - вольтметр.Для включення амперметра ланцюг струму розривається і в місці розриву кінці проводів приєднуються до клем амперметра (див. Рис. 5). Таким чином через прилад проходить весь вимірюваний струм. Вольтметр підключають до початку і кінця ділянки кола; таке включення вольтметра називається паралельним (див. ріс..5).
Вольтметр показує падіння напруги на даній ділянці. Якщо вольтметр підключити до початку зовнішньої ланцюга - позитивного полюса джерела енергії і до кінця зовнішньої ланцюга - негативного полюса джерела енергії, то він покаже падіння напруги у всій зовнішній ланцюга, яке є в той же час
напругою на затискачах джерела енергії.
З формули 2 слід, що напруга на затискачах джерела електричної енергії (генератора).
При холостому ході зовнішня цепьразомкнута і струму в ланцюзі немає, внаслідок чого U = Е При замкнутому ланцюзі напругу не дорівнює ЕРС і чим більше сила струму в ланцюзі, тим більша напруга відучується від ЕРС.
Якщо затискачі джерела електричної енергії з'єднати провідником з опором, практично рівним нулю, то формула 1для цього випадку прийме наступний вигляд:
Цей вислів визначає максимальний струм, який може бути отриманий в ланцюзі даного джерела. Якщо опір зовнішнього електричного ланцюга практично дорівнює нулю, то такий режим називається коротким замиканням.
Виникнення короткого замикання може призвести до аварійного режиму в ланцюзі.
Для джерел з малим внутрішнім опором, наприклад електричних генераторів і кислотних акумуляторів, коротке замикання вельми небезпечно. Коротке замикання виникає досить часто, наприклад, внаслідок псування ізоляції проводів, що з'єднують приймач з джерелом електричної енергії. Для захисту електротехнічної апаратури від струмів короткого замикання застосовують різні автоматичні запобіжні пристрої.
Приклад 2. Електрорушійна сила Е гальванічного елемента з внутрішнім опором, = 0,3 Ом дорівнює 1,5 В і замкнута на опір R = 2,7 Ом. Визначити струм в ланцюзі.
Сила струму в ланцюзі за законом Ома
1. Залежність між якими величинами встановлює закон Ома для ділянки електричного кола?
2. Як зміниться струм в ланцюзі, якщо напруга збільшити в два рази?
3. Як визначити опір ділянки кола, знаючи величину струму, що проходить через цю ділянку, і напруга на ньому?
4. Чим небезпечний режим короткого замикання?