Dependența rezistenței electrice a conductorului pe lungime

Una dintre proprietățile fizice ale unei substanțe este capacitatea de a conduce un curent electric. Conductivitatea electrică (rezistența conductorului) depinde de anumiți factori: lungimea circuitului electric, caracteristicile structurale, prezența electronilor liberi, temperatura, curentul, tensiunea, materialul și aria secțiunii transversale.

Sensul fizic al rezistenței

Debitul curentului electric prin conductor duce la mișcarea direcțională a electronilor liberi. Prezența electronilor liberi depinde de substanța însăși și este luată din tabelul lui DI Mendeleyev, și anume din configurația electronică a elementului. Electronii încep să lovească cristal lattice și transmite energia celui din urmă. În acest caz, un efect termic apare când curentul acționează asupra conductorului.

În această interacțiune încetinesc, dar apoi, sub acțiunea câmpului electric, care le accelerează, încep să se miște cu aceeași viteză. Electronii se ciocnesc de nenumărate ori. Acest proces se numește rezistența conductorului.

În consecință, rezistența electrică a conductorului este o cantitate fizică care caracterizează raportul dintre tensiune și curent.

Ce este rezistența electrică: o valoare care indică proprietatea unui corp fizic de a transforma energia electrică în energie termică, datorită interacțiunii energiei electronilor cu rețeaua cristalină a materiei. Natura conductivității variază:

1. Conductori (capabili să efectueze curent electric, deoarece există electroni liberi).
2. Semiconductori (pot efectua un curent electric, dar în anumite condiții).
3. Dielectrici sau izolatori (au o rezistență imensă, nu există electroni liberi, ceea ce le face incapabili să conducă curentul).

Această caracteristică este notată cu literele R și măsurat în Ohms (Ohms). Utilizarea acestor grupuri de substanțe este foarte importantă pentru dezvoltarea diagramelor de instrumente electrice.

Pentru a înțelege pe deplin dependența R de ceva, este necesar să acordăm o atenție deosebită calculării acestei cantități.

Calcularea conductivității electrice

Pentru a calcula conductorul R, se aplică legea lui Ohm, care afirmă că curentul (I) este direct proporțional cu tensiunea (U) și este invers proporțional cu rezistența.

Formula pentru găsirea conductivității materialului R (o consecință a legii lui Ohm pentru o secțiune de lanț): R = U / I.

Pentru o secțiune completă a circuitului, această formulă are următoarea formă: R = (U / I) - Rvn, unde Rvn - sursa de alimentare internă R.

Conductivitatea materialului

Capacitatea unui conductor de a transmite curent electric depinde de mai mulți factori: tensiunea, curentul, lungimea, suprafața secțiunii transversale și materialul conductorului, precum și temperatura ambiantă.

În electrotehnică, componenta geometrică a conductorului este luată în considerare pentru calculul și fabricarea rezistențelor.

Pe care depinde rezistența: pe lungimea conductorului - l, rezistivitatea - p și pe aria secțiunii transversale (cu raza r) - S = Pi * r * r.

Formula R a conductorului: R = p * l / S.

Din formula este vizibilă, din ce depinde conductivitate specifică conductorului: R, l, S. Nu este nevoie să o calculați în acest fel, deoarece există o modalitate mult mai bună. Rezistența specifică poate fi găsită în cărțile de referință corespunzătoare pentru fiecare tip de conductor (p este o cantitate fizică egală cu materialul R de lungime de 1 metru și o arie a secțiunii transversale de 1 m².

Cu toate acestea, această formulă nu este suficientă pentru calcularea exactă a rezistenței, deci se folosește dependența de temperatură.

Efectul temperaturii ambientale

Se demonstrează că fiecare substanță are o rezistență specifică, în funcție de temperatură.

Pentru a demonstra acest lucru, puteți face următorul experiment. Luați o spiră din nicrom sau orice conductor (indicat pe diagramă sub forma unui rezistor), o sursă de alimentare și un ampermetru normal (poate fi înlocuit cu o lampă incandescentă). Asamblați circuitul conform diagramei 1.

Schema 1 - Circuit electric pentru experiment

Este necesar să alimentați consumatorul și să monitorizați cu atenție citirile ammeterului. Apoi, ar trebui să încălziți R fără să îl opriți, iar citirile ampermetrului vor începe să scadă odată cu creșterea temperaturii. Legea lui Ohm pentru secțiunea circuitului este urmărită: I = U / R. În acest caz, rezistența internă a sursei de energie poate fi neglijată: aceasta nu afectează demonstrarea dependenței R de temperatura. Rezultă că dependența de temperatură a lui R este prezentă.

Sensul fizic al creșterii valorii lui R se datorează efectului temperaturii asupra amplitudinii oscilațiilor (creșterii) ionilor din rețeaua cristalină. Ca rezultat, electronii se ciocnesc mai des și acest lucru cauzează creșterea R.

Conform formulei: R = p * l / S, găsim acest indicator depinde de temperatură (S și l nu depind de temperatură). Există p conductor. Pe baza acestei formule este obținută în funcție de temperatura: (R - Ro) / R = a * t, unde Ro la 0 grade Celsius, t - temperatura ambiantă și un - factor de proporționalitate (coeficient de temperatură).

Pentru metale, "a" este întotdeauna mai mare decât zero, iar pentru soluțiile de electroliți, coeficientul de temperatură este mai mic de 0.

Formula pentru găsirea p folosită în calcule este: p = (1 + a * t) * po, unde p0 este valoarea specifică de rezistență luată din carnetul de referință pentru un anumit conductor. În acest caz, coeficientul de temperatură poate fi considerat constant. Dependența puterii (P) R rezultă din formula de putere: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Valoarea rezistenței specifice depinde și deformarea materialului în care este perturbată rețeaua cristalină.

Deformarea și rezistivitatea

Când metalul este procesat într-un mediu rece la o anumită presiune, apare o deformare plastică. În același timp, rețeaua cristalină este distorsionată, iar fluxul de electroni crește. În acest caz, rezistivitatea crește, de asemenea. Acest proces este reversibil și se numește recoacere recristalizată, datorită căruia unele defecte scad.

Sub acțiunea forțelor de tracțiune și de compresie asupra metalului, acesta din urmă este supus la deformări, numite elastice. Rezistența scade cu compresie, deoarece amplitudinea oscilațiilor termice scade. Direcționate particule încărcate devine mai ușor să se miște. În tensiune, rezistivitatea crește datorită creșterii amplitudinii oscilațiilor termice.

Un alt factor care afectează conductivitatea este tipul de curent care trece prin conductor.

AC Lanțuri

Rezistența în rețelele cu curent alternativ se comportă oarecum diferit, deoarece legea lui Ohm este aplicabilă numai circuitelor cu tensiune constantă. Prin urmare, calculele ar trebui să fie făcute în mod diferit.

Impedanța este notată cu litera Z și constă din suma algebrică a rezistențelor active, capacitive și inductive.

Când circuitul activ R este conectat la circuitul de curent alternativ, un curent sinusoidal începe să curgă sub influența diferenței de potențial. În acest caz, formula seamănă cu: Im = Um / R, unde Im și Um sunt valorile amplitudinii curentului și tensiunii. Formula de rezistență are următoarea formă: IM = Um / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Pi * r * r).

Rezistența capacitivă (Xc) se datorează prezenței condensatoarelor în circuite. Trebuie menționat faptul că curentul alternativ trece prin condensatori și, prin urmare, acționează ca un conductor cu capacitate.

Xc se calculează după cum urmează: Xc = 1 / (w * C), unde w este frecvența unghiulară și C este capacitatea condensatorului sau a grupului de condensatori. Frecvența unghiulară este definită după cum urmează:

1. Se măsoară frecvența curentului alternativ (de obicei 50 Hz).
2. Înmulțirea cu 6.283.

Rezistența inductivă (Xl) - implică prezența inductanței în circuit (șoc, releu, circuit, transformator și așa mai departe). Se calculează după cum urmează: Xl = wL, unde L este inductanța și w este frecvența unghiulară. Pentru a calcula inductanța Este necesar să utilizați calculatoare specializate online sau o carte de referință privind fizica. Deci, toate cantitățile se calculează prin formule și rămâne doar să scrie Z: Z * Z = R * R + (Xc-Xl) * (Xc-Xl).

Pentru a determina valoarea finală, este necesar să extragem rădăcina pătrată a expresiei: R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl). Din formulele, rezultă că frecvența AC joacă un rol important, de exemplu, în circuitul de aceeași performanță atunci când crește frecvența și Z. trebuie adăugat că, în circuitele cu o tensiune alternativă Z depinde de astfel de factori:

1. Lungimea conductorului.
2. Zona secțională este S.
3. Temperatura.
4. Tipul de material.
5. Capacitate.
6. Inductanță.
7. Frecvența.

În consecință, legea lui Ohm pentru segmentul lanțului are o formă complet diferită: I = U / Z. Legea pentru lanțul complet se schimbă, de asemenea.

Măsurarea conductivității electrice

Calculele rezistențelor necesită o anumită perioadă de timp, astfel încât pentru măsurarea valorilor lor se utilizează contoare electrice speciale, numite ohmmetre. Dispozitivul de măsurare este alcătuit dintr-un manometru, la care alimentarea cu energie electrică este conectată la rândul său.

Măsura R toate dispozitivele combinate, cum ar fi testerele și multimetrele. Instrumente separate pentru măsurarea numai a acestei caracteristici sunt utilizate extrem de rar (mega-metri pentru verificarea izolației cablului de alimentare).

Dispozitivul este utilizat pentru continuitatea circuitelor electrice pentru deteriorarea și întreținerea componentelor radio, precum și pentru verificarea izolației cablurilor.

Când se măsoară R, este necesar să se deconecteze complet circuitul pentru a preveni funcționarea defectuoasă a dispozitivului. Pentru aceasta este necesar să se ia următoarele măsuri de precauție:

1. Scoateți ștecherul de la rețea.
2. Porniți dispozitivul, aceasta va descărca condensatoarele.
3. Mergeți sau măsurați.
4. Setați întrerupătorul în modul de măsurare a rezistenței.
5. Scurtați cablurile de testare ale dispozitivului pentru a vă asigura că funcționează (prezintă rezistență foarte mică).
6. Măsurați zona dorită.

În multimetre scumpe există o funcție a continuității circuitului, duplicat de un semnal sonor, astfel încât nu este nevoie să se uite la panoul de afișare al dispozitivului.

Astfel, rezistența electrică joacă un rol important în ingineria electrică. Depinde în circuite constante privind temperatura, puterea curentului, lungimea, tip de material și zonă cruce conductori. În circuitele de curent alternativ, această dependență este suplimentată de cantități precum frecvența, capacitatea și inductanța. Datorită acestei dependențe, este posibilă modificarea caracteristicilor energiei electrice: tensiune și curent. Pentru măsurarea valorii rezistenței, se utilizează ohmmetre, care se utilizează și în cazul depanării cablajelor, al continuității diferitelor circuite și al componentelor radio.