Питомий електричний опір

Частина 2

Визначення температурної залежності опору електроліта за допомогою реохордного моста.

При виконанні цієї частини роботи використовується реохордний міст Р-38, принципова схема якого аналогічна схемі лінійного мостика.

В коло гальванометра підєднані напівпровідникові діоди, завдяки яким можна виконувати вимірювання на змінному струмі. Тому в інструкції до моста Р-38 слід вивчити лише частину “робота на змінному струмі” (інструкція знаходиться в лабораторії).

Методика виконання роботи.

Підготувати прилад Р-38 до роботи згідно з інструкцією.

Підключити клеми електродів до затискачів “Х” і провести вимірювання опору електроліта при кімнатній температурі
Збільшуючи температуру електроліта , виконати вимірювання опору через кожні 5 С. Виконати 6-7 вимірювань.
Побудувати графік залежності R=f(t) з нанесенням поля похибок

Таблиця опору металів

Щоб переконатися в перевагах міді, треба зробити відповідний порівняльний аналіз. Нижче наведені значення опорів металів в зведеній таблиці.

Основні електричні параметри провідників, створених з різних матеріалів

матеріал	Питомий опір в Омах на метр, заміряне при кімнатній температурі (+ 20 ° C)	Питома електропровідність при аналогічних умовах, в Сіменс на метр
мідь	1,68х10 ^ -3	5,96х10 ^ 7
срібло	1,59х10 ^ -3	6,3х10 ^ 7
золото	2,44х10 ^ -3	4,1х10 ^ 7
алюміній	2,82х10 ^ -3	3,5х10 ^ 7
вольфрам	5,6х10 ^ -3	1,79х10 ^ 7
Залізо	1х10 ^ -7	1х10 ^ 7
платина	1,06х10 ^ -7	9,43х10 ^ 6
літій	9,28х10 ^ -8	1,08х10 ^ 7

Важливо! Малого опору провідника із заліза недостатньо для широкого застосування відповідних виробів на практиці. Активне окислення провокує швидке руйнування.

. Робота джерела в режимі генератора й споживача

10. Робота джерела в режимі генератора й
споживачаРозглянемо електричне коло (мал. 4), що складається з
одного замкненогоконтуру (приклад – заряджання автомобільної акумуляторної
батареї E2 відгенератора E1).

Мал. 4. Схема електричного ланцюга із двома джерелами
енергії

За другим законом Кірхгофа, прийнявши напрямок обходу
контуру загодинниковою стрілкою, можна записати

Звідси

З останньої формули видно, що напрямок струму збігається
з напрямкомбільшої ЕРС. Якщо ЕРС рівні ( E1=E2 ), то струм у
ланцюзі дорівнює нулю.Припустимо, що E1>E 2 .
Тоді напрямок струму збігається з напрямкомЕРС E1, а
ЕРС E2 спрямована зустрічно струму, тому вона
називається протиЕРС.Помножимо всі члени рівності (9) на I

і перенесемо вираження EI2 в праву частину, тоді

Ліва частина отриманої рівності являє собою потужність,
що розвивається джерелом E1,
права — потужності споживання різними елементамисхеми: IR2 — потужність навантаження, Ir2 01, Ir2 02 —
потужність теплових втрат у джерелах E1 і E2 , EI2 — потужність споживання енергії джерелом E2 .Знак потужності E2 збігається
зі знаками потужностей теплових втрат іпотужності, що витрачається в опорі навантаження, тому
джерело E2 негенерує енергію, а споживає її, тобто працює в режимі
споживача. Усяпотужність, споживана ланцюгом, виробляється єдиним
джерелом E1, якепрацює в режимі генератора.Визначимо напругу на затискачах джерел, що працюють у
режимігенератора й споживача.Якщо джерело працює в режимі генератора, те, відповідно
до закону Омадля замкненого ланцюга, напруга на його затискачах менше
ЕРС на величинуспадання напруги на внутрішньому опорі, тобто

Для визначення напруги UCDна затискачах джерела E2 , що працює врежимі споживача, запишемо вираження для потужності, що
розвивається наділянці CD

Отже, напруга на затискачах джерела, що працює в режимі
споживача,більше його ЕРС на величину спадання напруги на
внутрішньому опорі.Таким чином, джерело може працювати як у режимі
генератора, так іспоживача. У першому випадку напруга на його затискачах
менше ЕРС, анапрямок струму збігається з напрямком ЕРС, у другому —
напруга назатискачах більше ЕРС, а напрямок струму протилежно
напрямку ЕРС.

Сопротивление проводников

Направленному движению электронов (электрическому току) мешают хаотически двигающиеся молекулы и атомы проводника, что приводит к искривлению пути электронов и уменьшает скорость их передвижения.

Следовательно, электрический ток, проходя по проводнику, всегда испытывает со стороны проводника препятствие своему прохождению. Это препятствие называется электрическим сопротивлением проводника и обозначается латинской буквой R.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рис. 5,а.

Рис. 5. л —условное обозначение сопротивлений на схемах; б — закон Ома для участка цепи; в — закон Ома для полной цепи

За международную единицу сопротивления принят один ом, т. е. такое сопротивление, которым обладает столбик ртути при 0°С длиной 106,3 см, имеющий одинаковое поперечное сечение по всей длине, равное 1 мм2. Для измерения больших сопротивлений применяются единицы, называемые килоом (сокращенно ком) и мегом (сокращенно Мом). 1 Мом = 1000 ком—1000000 ом.

Чем длиннее проводник и чем меньше его сечение, тем большее сопротивление току он создает. Короткие проводники большого сечения имеют малое сопротивление. Сопротивление проводника зависит также от материала, из которого он сделан.

Два проводника одинаковой длины и поперечного сечения, но изготовленные из разных материалов, будут по-разному проводить электрический ток. Сопротивление проводника также зависит от его температуры. С повышением температуры сопро-. тивление металлов увеличивается.

Исключение составляют специальные металлические сплавы (манганин, константан, никелин и др.), сопротивление которых почти не меняется с изменением температуры. Таким образом, установлено, что сопротивление проводника зависит от его длины, поперечного сечения, материала, из которого он сделан, и температуры.

Удельным сопротивлением какого-либо материала называется сопротивление проводника, сделанного из этого материала и имеющего длину 1 м, а поперечное сечение 1 мм2 при температуре 20° С. Удельное сопротивление различных материалов различно; оно определяется опытным путем и приводится в справочных таблицах. Сопротивление любого проводника можно определить расчетным путем по формуле:

где R — сопротивление проводника, ом
р —удельное сопротивление проводника;
I — длина проводника в метрах; 5 —сечение проводника, мм2.

Пример. Определить сопротивление медного провода длиной 100 ж и сечением 0,5 мм2. Удельное сопротивление меди 0,0175 оммм2/м.

Решение.

Несмотря на то что проводник оказывает сопротивление прохождению тока, ток через проводник все же проходит. Поэтому всякий проводник можно характеризовать не только сопротивлением, но и его способностью проводить электрический ток, т. е. проводимостью.

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток и тем меньше его проводимость. Поэтому сопротивление и проводимость проводника обратные величины.

Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой R, то проводимость определится как — ; единица измерения про-

Мідь — основний матеріал для провідників

Кваліфікований вибір відповідного матеріалу супроводжується комплексною оцінкою кількох чинників. Мідний провідник не пошкоджується корозією, тому що на поверхні утворюється захисний шар з оксидів. Структурна цілісність зберігається при малому радіусі повороту, після багаторазових вигинів. Зазначені параметри знадобляться для оснащення приміщень з підвищеною вологістю і прокладки ліній складної конфігурації.

Проте, головною перевагою є мале опір проводів з міді. Крім поліпшення токопроводімость з одночасним зниженням втрат при передачі енергії, слід відзначити зменшення ваги і розмірів кабельної продукції, в порівнянні з альтернативними варіантами.

Використання в електротехніці

Зміна параметра при різних температурах широко застосовується в електротехніці. Найбільш простим прикладом є лампа розжарювання, де використовується нихромовая нитку. При нагріванні вона починає світитися. При проходженні через неї струму вона починає нагріватися. З ростом нагріву зростає і опір. Відповідно, обмежується початковий струм, який потрібен був для отримання освітлення. Ніхромовий спіраль, використовуючи той же принцип, може стати регулятором на різних апаратах.

Широке застосування торкнулося і благородних металів, які мають відповідними характеристиками для електротехніки. Для відповідальних схем, яким потрібна швидкодія, підбираються срібні контакти. Вони володіють високою вартістю, але з урахуванням відносно невеликої кількості матеріалів їх застосування цілком виправдано. Мідь поступається сріблу по провідності, але має більш доступною ціною, завдяки чому її частіше використовують для створення проводів.

В умовах, де можна використовувати гранично низькі температури, застосовуються надпровідники. Для кімнатної температури і вуличної експлуатації вони не завжди доречні, так як при підвищенні температури їх провідність почне падати, тому для таких умов лідерами залишаються алюміній, мідь і срібло.

На практиці враховується багато параметрів і цей є одним з найбільш важливих. Всі розрахунки проводяться ще на стадії проектування, для чого і використовуються довідкові матеріали.

Читайте також:

Поняття питомого опору речовини

Саме ця величина, яка показує наскільки сильно перешкоджає речовина струму і є питомий опір (латинська буква «рв»). У міжнародній системі одиниць опір виражається в Омах, помножених на метр. Формула для обчислення звучить так: «Опір множать на площу поперечного перерізу і ділиться на довжину провідника».

Виникає питання: «Чому при знаходженні питомого опору використовується ще одне опір?». Відповідь проста, є дві різні величини — питомий опір і опір. Друге показує наскільки речовина здатна перешкоджати проходженню через нього струму, а перше показує практично те ж саме, тільки мова йде вже не про речовині в загальному сенсі, а про провіднику з конкретної довжиною та площею перерізу, які виконані з цієї речовини.

Зворотна величина, яка характеризує здатність речовини пропускати електрика іменується питомою електричною провідністю та формула, за якою обчислюється питома опірність безпосередньо пов’язана з питомою провідністю.

Температурний коефіцієнт

Формула, що зв’язує опір і температурний коефіцієнт виглядає таким чином:

(R-R)/R = at

Вона складається з наступних параметрів:

R– величини середнього значення опору (при температурі за Цельсієм 0 градусів).
a – температурного коефіцієнта.
t – температури провідника.

Щоб розрахувати температурний коефіцієнт, потрібно дослідним шляхом знайти величину електроопору при нульовому значенні температури.

Вона вимірюється за допомогою приладу, який називається омметром. Далі потрібно порахувати p через формулу:

p = p+ aT

Знаходження невідомої величини р здійснюється за спеціальними таблицями, в яких вчені вже виміряли дослідним шляхом даний параметр при температурі 20 градусів за Цельсієм.

Таким чином, розрахунок опору провідника проводиться не тільки за його геометричними параметрами і речовини, з якої він складається, а й за величиною температури.

n1.doc

Тема програми: Тема уроку:Мета уроку: датиз’ясуватинавчитиТип уроку:Вид уроку: Матеріально-технічне забезпечення: Література:

Електроматеріалознавство: Підруч. / Л.В. Журавльова, В.М. Бондар. – К.: Грамота, 2006. – 312 с.: іл..
Електроматериаловединие, Н.В. Никулин. – М.: Выcш. шк., 1984. – 175 с.

Хід уроку

Організаційна частина.

Перевірка наявності учнів;Перевірка готовності учнів до уроку;Підготовка кабінету до заняття.

Актуалізація знань.

Оголошення теми програми і уроку.Перевірка знань, вмінь і навичок учнів за матеріалом попередніх уроків.

Які є матеріали з низьким питомим опором?
Які основні властивості і застосування міді та сплавів на її основі?
Які основні властивості і застосування алюмінію та сплавів на його основі?
Які основні властивості і застосування заліза та сталіі?
Які основні властивості срібла, платини і свинцю, де їх застосовують?
Які основні властивості вольфраму і молібдену, де їх застосовують?

Формування нових знань.

Манганін — латин, Таблиця 1.Основні властивості провідникових сплавів з високим опором

Параметр	Манганін	Константан
Густина D, кг/м3	8400	8900
Питомий електричний опір , мкОмм	0,42…0,48	0,48…0,52
Температурний коефіцієнт питомого електричного опору ТК, К-1	(6…50)40-6	-(5…25)40-6
Коефіцієнт термоЕРС у парі з міддю, мкВ/К	1…2	43…55
Границя міцності при розтягуванні , МПа	450…600	—
Відносне видовження при розриві	15…30	20…40
Робоча температура Т_роб,°С	200	400

Константан Евте́ктика Жаростійкі провідникові матеріали₂₃

Марка сплаву	Тип сплаву	Склад % мас\|.	Питомий опір, мк\| Ом м\|м-код\|	Температурний коефіцієнт опору, 1/ С\|із\|	Допустима температура °С
хром	нікель	алюміній	титан	залізо
Х15Н60	Ніхром	15-18	55-61	—	—	остаток	1,06-1,17	12 -\| 10-5	950-1000
Х20Н80	20-23	77-80	—	—	1,04-1,17	9 — 10 -5	1050-1100
Х13Ю4	Фехраль	12-15	0,6	3,5-5,5	—	1,2-1,34	15 — 10 5	850-950
Х23Ю5Т	Хромаль	26-28	0,6	5,0-5,8	—	1,3-1,5	5 — 10-5	1000-1150

Матеріали для електровугільних виробівПрироднийграфіт

у напрямку шарів електропровідність графіту має «металічний» характер ( = 8 мкОмм, ТК=110-3 К-1);
зі збільшенням температури міцність графіту збільшується;
в повітрі горить при температурі 600°С;
при нагріванні до температури 170°С з повітрям не взаємодіє;
не взаємодіє з сірчаною, соляною, плавиковою кислотами та «царською водкою»;
з концентрованою азотною кислотою вступає в реакцію, а в сумішах з концентрованими азотною та сірчаними кислотами графіт розчиняється і утворює графітову кислоту;
з розплавленими лугами не взаємодіє.

Таблиця 3. 7

Параметр	Монокристал графіту відносно базисних площин	Полікристалічний графіт
вздовж	упоперек
Густина D, кг/м3	2000	2400	2260
Питомий електричний опір , мкОмм	0, 4	100	8
Температурний коефіцієнт, К-1: ТК	-910-4	-410-2	-110-3
ТКl	6, 610 — 6	2, 6-10-6	7, 510- 6

Піролітичний вуглець3

питомий електричний опір , Омсм 1, 510-5;
температурний коефіцієнт:

-1-44l,-1-6

температури розкладання вуглеводнів (зі збільшенням температури піролізу виникає збільшення кристалів вуглецю, вміст у ньому різних домішок і зменшення питомого електричного опору р);
швидкості проведення реакції піролізу;
шорсткості рельєфу поверхні підкладки;
глибини вакууму.

високу стабільність параметрів;
низький рівень шумів;
незначний та незмінний температурний коефіцієнт опору;
незначна залежність опору від прикладеної напруги;
стійкість проти імпульсних перенавантажень;
відносно низька собівартість.

₄₉₃₇₃Сажіграфітуванням.Антрацит22Електровугільні виробиОпитування учнів з метою перевірки засвоєння ними нової інформації

Які є матеріали з високим питомим опором?
Які основні властивості і застосування сплавів манганіну і константану?
Які основні властивості і застосування жаростійких сплавів?
Які основні властивості і застосування електровугільних матеріалів?

Підведення підсумків.

Домашнє завдання: Повідомлення та обґрунтування оцінок.Тема програми

Питомий опір чистих металів при низьких температурах

Коливальні процеси в молекулярній решітці перешкоджають вільному переміщенню електронів. Цим пояснюється збільшення опору в міру зростання температури. Лінійна залежність спостерігається від невеликої позитивної температури, аж до точки початку плавлення. Відповідний фазовий перехід супроводжується різким збільшенням електричного опору. Зрозуміло, подібний режим після руйнування не є робочим.

Питомий опір натрію

Теоретичні показники «а» підтверджуються результатами експерименту «б». Якщо структуру чистого металу спотворити домішками (забрудненнями, компонентами сплавів), відбудеться безладне розподіл носіїв електричного заряду. Це, в свою чергу, збільшить втрати в ланцюзі (опір).

Формула опору

Струм обумовлений рухом електронів. Класична формула, використовувана для розрахунку його сили була виведена німецьким фізиком Омом. Він дослідним шляхом зміг підтвердити залежність між собою струму, опору і напруги. У математичному вигляді зв’язок записують у вигляді формули:

I = U/R

Відповідно до закону Ома, опір тіла електричному струму прямо пропорційний його силі і обернено пропорційно напрузі:

R = I/U

Ця емпірична формула справедлива для будь-якої ділянки ланцюга.

Рухливі носії при хаотичному русі поводяться як молекули газу, тому в першому визначенні фізики вважають носіїв зарядів свого роду електронним газом. Як було встановлено емпірично, густина цього газу і будова кристалічної решітки залежать від роду провідника. Відповідно, провідність, а значить і опір, визначається також і родом речовини. Своєю чергою, фізичне тіло характеризується і геометричними параметрами.

Вплив розмірів напівпровідника пояснюється залежністю від них поперечного перерізу. При його зменшенні потік зарядів стає щільніше, ступінь взаємодії між частинками зростає. Повна формула опору провідника з урахуванням поперечного перерізу виглядає так:

R = (p * l)/S

З неї стає ясно, що провідність прямо пропорційна площі перетину і обернено пропорційна довжині провідника.

Питомий електричний опір для багатьох речовин був встановлений під час досліджень. Існують таблиці, в які занесені дані, виміряні при температурі 20 градусів Цельсія. Ними часто користуються при вирішенні різних завдань, пов’язаних з електрикою.

Ось деякі з них:

олово – 9,9 * 10-8 Ом * мм²/м;
мідь – 0,01724 Ом * мм²/м;
алюміній – 0,0262 Ом * мм²/м;
залізо – 0,098 * Ом * мм²/м;
золото – 0,023 Ом * мм²/м.

Для провідників характерно збільшення опору при зростанні температури. Це пов’язано з коливаннями атомів. Водночас з ростом температури провідність в напівпровідниках і діелектриках зростає через збільшення концентрації носіїв заряду.

Питомий опір для неоднорідного матеріалу можна обчислити за формулою:

p = E/J

де:

E і J – напруженість і густина струму в конкретній точці.

Порівняння провідності міді і алюмінію

Перший висновок можна зробити після вивчення табличних даних. Опір алюмінію приблизно на 80% вище, в порівнянні з міддю. У такій же пропорції гірше провідність. Але для коректного аналізу необхідно вивчити додатково наступні факти:

алюміній легше, але для отримання аналогічних електричних параметрів знадобиться збільшити поперечний переріз (товщину провідника);
мідні вироби (багатожильні кабелі) не ушкоджуються неодноразовим згинанням;
питомий опір алюмінію змінюється більше при підвищенні / зниженні температури;
плівка з окислів на його поверхні утворюється швидше, тому для надійності (довговічності) сучасну проводку роблять з міді.

Мідний і алюмінієвий кабель з’єднують через сталевий перехідник, щоб запобігти електрохімічної корозії

Механічні властивості провідників

σ_р,ll,σ_рll;^ Частота струму — ω магнітна проникність — μ

Ливарний сплав міді з кадмієм, берилієм, алюмінієм, фосфором та іншими елементами.

Кадмієва бронза2^ Берилієвими бронза2%2Латунь.2.Алюмінійніжзахищаєдо 0.07%з вмістомвід 0,2 до₂₃їх міцність досягаєнаЗалізоолово, свинець, вольфрам, срібло, платина, нікель, цинк, молібден і індій.Надпровідники й кріопроводники._к),_{О ° С}_до_кип^ У багатьох металів і сплавів при температурах, близьких з T = 0 o К, спостерігається різке зменшення питомого опору.Це явище отримало назву надпровідності, а температуру Т _св, при якій відбувається перехід в надпровідний стан, називають критичною температурою переходу.Вперше надпровідність була виявлена у ртуті (Т _св = 4,2 * К) голландським фізиком Х.Каммерлінг-Онкесом в 1911 році.Максимальну критичну температуру серед чистих металів має технецій (11.2 К), серед сплавів — твердий розчин сполук Nb3Al і NbGe (20.05К).Властивість надпровідності володіють близько половини металів і кілька сотень сплавів.Одновалентні метали, ферромагнетики, а також метали, які при кімнатних температурах є хорошими провідниками, мабуть, не володіють надпровідністю.Надпровідні сплави не обов’язково складаються з надпровідних металів, більше того, до їх складу можуть входити напівпровідники (наприклад, GeTe, SrTiO3).При звичайних температурах провідність надпровідників нижче, ніж у ненадпровідний металів.^ Надпровідні властивості залежать від типу кристалічної структури.Зміна типу грати, наприклад, при великих тисках, може перевести речовина зі звичайного в надпровідний стан.Критичні температури ізотопів елементів, які переходять в надпровідний стан (Т _ci), пов’язані з масами ізотопів М _ai співвідношенням(Ізотопічний ефект)Введення домішки в надпровідник зменшує різкість переходу в надпровідний стан (рис. 15.14.).Реєстрація надпровідних властивостей кристала здійснюється або вимірюванням падіння напруги на зразку, яка звертається в нуль при T <Т _с, або спостереженням за магнітним полем, створюваним струмом у надпровідники.Якщо надпровідник виконаний у вигляді замкнутого контуру, то після індукування в ньому струму I за допомогою зовнішнього магнітного поля струм в контурі повинен затухати за законом

де R — опір, Ом; L — індуктивність, Гн.

Вимірюючи залежність від часу магнітного поля, створюваного струмом в контурі, можна визначити ^ I (t) і, отже, R.Результати дослідження показують, що питомий опір речовини в надпровідного стану, принаймні, менше 10 -25 Ом * м.У нормальних металах ток зникає приблизно через 10 -12 с.У надпровіднику струм, може циркулювати роками (теоретично 105 років!)._к.Тк Т Т, ТФазова<Тк ‘зовнішнє_вн≠ 0,_вн_к-1 / q_к,Рис.15.16._до,_к2,_к2_к1_к2.(дуктильність),Кріопроводникикріопроводімості,
Сплави — провідники з високим опором (ρ> 0,3 мкОм ∙ м) Сплави-провідники з високим опором знаходять застосування в приладобудуванні для виготовлення зразкових опорів, реостатів і нагрівальних приладів. Залежно від призначення вони повинні мати: — Високий питомий опір, — Малий температурний коефіцієнт питомого опору; — Високу жаростійкість при температурах до 1270 ° К; — Малий температурний коефіцієнт лінійного розширення; — Високі технологічні властивості, легкість пайки та зварювання, можливість отримання дротів малих перетинів. Матеріали резисторів Резистивні матеріали, призначені для опорів електричних і електронних схем, повинна володіти наступним комплексом властивостей: — Високий питомий електроопір і його стабільність у часі; — Низький температурний коефіцієнт електроопору (у межі прагне до нуля); — Мала ТермоЕРС в контакті з міддю; — Висока зносостійкість і низьке контактна сопротівленіе_для змінних опорів; Цим вимогам задовольняють деякі сплави міді, марганцю, і благородних металів. Константан — сплав системи Сu — 39-41Ni — 1-2Мn. Склад сплаву відповідає поєднанню максимального значення р і мінімального значення α _ρ (рис-4.5). Гарантовані характеристики сплаву р == 0,45 .. -0,52 мкОм-м, α _ρ = -2 … +6 ∙ 10 -5 1 / К для діапазону 293 … 373К. Обидва зазначених властивості константана мають складну температурну залежність (рис »4.6), що необхідно учітиват’ при аналізі умов роботи. Недоліком константана є висока ТДЕС з міддю, складова 40-50 мкВ / К. ^ Константан застосовується для дротяних резисторів з робочою температурою до 650 град.К та компенсаційних проводів термопар. Манганін-сплав (марка МНМц12-3 має склад: 85% Сu, 12% М, 3% Ni) з структурой_твердого розчину. У відпаленого стані міцність на розрив 45-50 кг/мм2, відносне подовження 10-20%, питомий опір 0,40-0,50 ОМ.мм2 / м, температурний коефіцієнт опору 4-10 -6 / о С. Мала залежність опору від температури і незначна термоЕ.Д.С. в контакті з міддю — 0,9-1,0 мкв / градус забезпечують сталість величини опору в точних вимірювальних пристроях з манганін. Для стабілізації властивостей манганіновим дріт піддають термообробці — штучному старінню. З манганін виготовляють точні опору з робочою температурою до 60 о С для електровимірювальних приладів. Ізабеллін Не містить дефіцитного нікелю (С u — 13М n — за1) і має виключно низькі значення α = 0,1 ∙ 10 -5 1 / К і ТДЕС з міддю (-0,2 мкВ / К при високому абсолютному значенні р = 0, 5 мкОм ∙ м. Ізабеллін термічно обробляють аналогічно Манганін … тільки при температурі 800градС. Недоліком

Учебное особие по физике

Сопротивление проводников. Удельное сопротивление

Как уже отмечалось, сила тока в цепи зависит не только от напряжения на концах участка, но также и от свойств проводника, включенного в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводников объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление R — физическая скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных носителей зарядов в проводнике. Обозначается сопротивление буквой R. В СИ единицей сопротивления проводника является ом (Ом).

1 Ом — сопротивление такого проводника, сила тока в котором равна 1 А при напряжении на нем 1 В.

Применяются и другие единицы: килоом (кОм), мегаом (МОм), миллиом (мОм): 1 кОм = 103 Ом; 1 МОм = 106 Ом; 1 мОм = 10-3 Ом.

Физическую величину G, обратную сопротивлению, называют электрической проводимостью

Единицей электрической проводимости в СИ является сименс: 1 См — это проводимость проводника сопротивлением 1 Ом.

Проводник содержит не только свободные заряженные частицы — электроны, но и нейтральные частицы и связанные заряды. Все они участвуют в хаотическом тепловом движении, равновероятном в любых направлениях. При включении электрического поля под действием электрических сил будет преобладать направленное упорядоченное движение свободных зарядов, которые должны двигаться с ускорением и их скорость должна была бы со временем возрастать. Но в проводниках свободные заряды движутся с некоторой постоянной средней скоростью. Следовательно, проводник оказывает сопротивление упорядоченному движению свободных зарядов, часть энергии этого движения передается проводнику, в результате чего повышается его внутренняя энергия. Из-за движения свободных зарядов искажается даже идеальная кристаллическая решетка проводника, на искажениях кристаллической структуры рассеивается энергия упорядоченного движения свободных зарядов. Проводник оказывает сопротивление прохождению электрического тока.

Сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен, длины проводника и площади поперечного сечения. Для проверки этой зависимости можно воспользоваться той же электрической схемой, что и для проверки закона Ома (рис. 2), включая в участок цепи MN различные по размерам проводники цилиндрической формы, изготовленные из одного и того же материала, а также из разных материалов.

Результаты эксперимента показали, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине l проводника, обратно пропорционально площади S его поперечного сечения и зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник:

где — удельное сопротивление проводника.

Удельное сопротивление проводника — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного из данного вещества и имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2, или сопротивлению куба с ребром 1 м. Единицей удельного сопротивления в СИ является ом-метр (Ом·м).

Удельное сопротивление металлического проводника зависит от

концентрации свободных электронов в проводнике;
интенсивности рассеивания свободных электронов на ионах кристаллической решетки, совершающих тепловые колебания;
интенсивности рассеивания свободных электронов на дефектах и примесях кристаллической структуры.

Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро и медь. Очень велико удельное сопротивление у сплава никеля, железа, хрома и марганца — «нихрома». Удельное сопротивление кристаллов металлов в значительной степени зависит от наличия в них примесей. Например, введение 1 % примеси марганца увеличивает удельное сопротивление меди в три раза.