Obrázok 33 zobrazuje elektrický obvod, ktorý obsahuje panel s rôznymi vodičmi. Tieto vodiče sa navzájom líšia materiálom, ako aj dĺžkou a prierezom. Postupným pripojením týchto vodičov a pozorovaním hodnôt ampérmetra si môžete všimnúť, že pri rovnakom zdroji prúdu sa sila prúdu v rôznych prípadoch líši. Keď sa dĺžka vodiča zväčšuje a jeho prierez sa zmenšuje, prúdová sila v ňom sa zmenšuje. Klesá aj pri výmene niklového drôtu za drôt rovnakej dĺžky a prierezu, ale vyrobený z nichrómu. To znamená, že rôzne vodiče majú rôzny odpor voči toku prúdu. Táto reakcia vzniká v dôsledku zrážok prúdových nosičov s protiľahlými časticami hmoty.
Fyzikálna veličina charakterizujúca odpor, ktorý vodič poskytuje elektrickému prúdu, sa označuje písmenom R a nazýva sa elektrický odpor(alebo jednoducho odpor) dirigent:
R - odpor.
Jednotka odporu sa nazýva ohm(Ohm) na počesť nemeckého vedca G. Ohma, ktorý tento pojem prvýkrát zaviedol do fyziky. 1 Ohm je odpor vodiča, v ktorom pri napätí 1 V je sila prúdu 1 A. Pri odpore 2 Ohm bude sila prúdu pri rovnakom napätí 2-krát menšia, pri odpore 3 Ohmy - 3 krát menej atď.
V praxi existujú aj iné jednotky odporu, napríklad kiloohm (kOhm) a megaohm (MOhm):
1 kOhm = 1 000 Ohm, 1 MOhm = 1 000 LLC Ohm.
Odpor homogénneho vodiča konštantného prierezu závisí od materiálu vodiča, jeho dĺžky l a plochy prierezu S a možno ho zistiť pomocou vzorca
R = ρl/S (12.1)
kde ρ - odpor látky, z ktorého je vyrobený vodič.
Odpor látka je fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, aký odpor má vodič vyrobený z tejto látky jednotkovej dĺžky a jednotkovej plochy prierezu.
Zo vzorca (12.1) vyplýva, že
Pretože jednotka odporu SI je 1 ohm, jednotka plochy je 1 m2 a jednotka dĺžky je 1 m, jednotka odporu SI je
1 Ohm · m 2 /m alebo 1 Ohm · m.
V praxi sa plocha prierezu tenkých drôtov často vyjadruje v štvorcových milimetroch (mm2). V tomto prípade je vhodnejšia jednotka odporu Ohm mm 2 /m. Pretože 1 mm2 = 0,000001 m2, potom
1 Ohm mm 2 /m = 0,000001 Ohm m.
Rôzne látky majú rôzny odpor. Niektoré z nich sú uvedené v tabuľke 3. 
Hodnoty uvedené v tejto tabuľke zodpovedajú teplote 20 °C. (So zmenou teploty sa mení odpor látky.) Napríklad odpor železa je 0,1 Ohm mm 2 /m. To znamená, že ak je drôt vyrobený zo železa s plochou prierezu 1 mm 2 a dĺžkou 1 m, potom pri teplote 20 ° C bude mať odpor 0,1 Ohm.
Z tabuľky 3 je zrejmé, že striebro a meď majú najnižší odpor. To znamená, že tieto kovy sú najlepšími vodičmi elektriny.
Z tej istej tabuľky je vidieť, že naopak látky ako porcelán a ebonit majú veľmi vysoký odpor. To umožňuje ich použitie ako izolantov.
1. Čo charakterizuje a ako sa označuje elektrický odpor? 2. Aký je vzorec na zistenie odporu vodiča? 3. Ako sa nazýva jednotka odporu? 4. Čo naznačuje rezistivita? Aké písmeno predstavuje? 5. V akých jednotkách sa meria rezistivita? 6. Existujú dva vodiče. Ktorý z nich má väčší odpor, ak: a) majú rovnakú dĺžku a plochu prierezu, ale jeden z nich je vyrobený z konštantánu a druhý z fechralu; b) vyrobené z rovnakej látky, majú rovnakú hrúbku, ale jedna z nich je 2-krát dlhšia ako druhá; c) vyrobené z rovnakej látky, majú rovnakú dĺžku, ale jedna z nich je 2-krát tenšia ako druhá? 7. Vodiče diskutované v predchádzajúcej otázke sú striedavo pripojené k rovnakému zdroju prúdu. V ktorom prípade bude prúd väčší, v ktorom menší? Vykonajte porovnanie pre každý pár uvažovaných vodičov.
Zostavením elektrického obvodu pozostávajúceho zo zdroja prúdu, rezistora, ampérmetra, voltmetra a spínača je možné ukázať, že prúdová sila (ja ) prúdiaci cez odpor je priamo úmerný napätiu ( U ) na jeho koncoch: I-U . Pomer napätia a prúdu U/I - existuje množstvo konštantný.
Následne existuje fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosti vodiča (rezistora), ktorým preteká elektrický prúd. Toto množstvo sa nazýva elektrický odpor vodič, alebo jednoducho odpor. Odpor je označený písmenom R .
(R) je fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru napätia ( U ) na koncoch vodiča na silu prúdu ( ja ) v ňom. R = U/I . Odporová jednotka - Ohm (1 ohm).
Jeden Ohm- odpor vodiča, v ktorom je prúd 1A s napätím na koncoch 1V: 1 Ohm = 1 V / 1 A.
Dôvodom, prečo má vodič odpor, je smerový pohyb elektrických nábojov v ňom bránené iónmi kryštálovej mriežky robiť nepravidelné pohyby. V súlade s tým sa rýchlosť smerového pohybu nábojov znižuje.
Elektrický odpor
R ) je priamo úmerná dĺžke vodiča ( l ), nepriamo úmerné jeho prierezovej ploche ( S ) a závisí od materiálu vodiča. Táto závislosť je vyjadrená vzorcom: R = p*l/SR - je to veličina charakterizujúca materiál, z ktorého je vodič vyrobený. To sa nazýva odpor vodiča, jeho hodnota sa rovná odporu vodiča dĺžky 1 m a prierezová plocha 1 m2.
Jednotkou odporu vodiča je: [p] = 10 m 1 m2 / 1 m. Často sa plocha prierezu meria v mm 2, preto sú v referenčných knihách hodnoty odporu vodičov uvedené ako v Ohm m tak v Ohm mm2/m.
Zmenou dĺžky vodiča, a teda aj jeho odporu, môžete regulovať prúd v obvode. Zariadenie, pomocou ktorého sa to dá urobiť, je tzv reostat.
Okrem iných indikátorov charakterizujúcich elektrický obvod alebo vodič stojí za to zdôrazniť elektrický odpor. Určuje schopnosť atómov materiálu zabrániť usmernenému prechodu elektrónov. Pomoc pri určovaní tejto hodnoty môže poskytnúť tak špecializovaný prístroj – ohmmeter, ako aj matematické výpočty založené na znalostiach vzťahov medzi veličinami a fyzikálnymi vlastnosťami materiálu. Indikátor sa meria v ohmoch (Ohm), označený symbolom R.
Ohmov zákon - matematický prístup k určovaniu odporu
Vzťah vytvorený Georgom Ohmom definuje vzťah medzi napätím, prúdom a odporom na základe matematického vzťahu pojmov. Platnosť lineárneho vzťahu - R = U/I (pomer napätia k prúdu) - nie je zaznamenaná vo všetkých prípadoch.
Jednotka [R] = B/A = Ohm. 1 Ohm je odpor materiálu, ktorým preteká prúd 1 ampér pri napätí 1 volt.
Empirický vzorec na výpočet odporu
Objektívne údaje o vodivosti materiálu vyplývajú z jeho fyzikálnych charakteristík, ktoré určujú tak jeho vlastné vlastnosti, ako aj jeho odozvu na vonkajšie vplyvy. Na základe toho vodivosť závisí od:
- Veľkosť.
- Geometria.
- Teploty.
Atómy vodivého materiálu sa zrážajú so smerovými elektrónmi, čo im bráni v pohybe dopredu. Pri vysokej koncentrácii posledne menovaného im atómy nie sú schopné odolať a vodivosť sa ukazuje ako vysoká. Veľké hodnoty odporu sú typické pre dielektrika, ktoré majú prakticky nulovú vodivosť.
Jednou z definujúcich charakteristík každého vodiča je jeho rezistivita - ρ. Určuje závislosť odporu od materiálu vodiča a vonkajších vplyvov. Toto je pevná (v rámci jedného materiálu) hodnota, ktorá predstavuje údaje vodiča nasledujúcich rozmerov - dĺžka 1 m (ℓ), plocha prierezu 1 m2. Preto vzťah medzi týmito veličinami vyjadruje vzťah: R = ρ* ℓ/S:
- Vodivosť materiálu klesá so zvyšujúcou sa jeho dĺžkou.
- Zväčšenie plochy prierezu vodiča znamená zníženie jeho odporu. Tento vzor je spôsobený znížením hustoty elektrónov a následne je kontakt častíc materiálu s nimi menej častý.
- Zvýšenie teploty materiálu stimuluje zvýšenie odporu, zatiaľ čo pokles teploty znamená jeho zníženie.
Je vhodné vypočítať plochu prierezu podľa vzorca S = πd 2 / 4. Pri určovaní dĺžky pomôže zvinovací meter.
Vzťah k moci (P)
Na základe vzorca Ohmovho zákona U = I*R a P = I*U. Preto P = I2*R a P = U2/R.
Pri znalosti veľkosti prúdu a výkonu možno odpor určiť ako: R = P/I 2.
Pri znalosti napätia a výkonu možno odpor ľahko vypočítať pomocou vzorca: R = U 2 /P. 
Odolnosť materiálu a hodnoty ďalších súvisiacich charakteristík je možné získať pomocou špeciálnych meracích prístrojov alebo na základe zavedených matematických zákonov.
Elektrina(I) je usporiadaný pohyb nabitých častíc. Prvá myšlienka, ktorá príde na myseľ zo školského kurzu fyziky, je pohyb elektrónov. Nepochybne. Elektrický náboj však môžu niesť nielen tie, ale napríklad aj ióny, ktoré podmieňujú výskyt elektrického prúdu v kvapalinách a plynoch.
Tiež by som chcel varovať pred porovnávaním prúdu s vodou pretekajúcou hadicou. (Aj keď pri zvažovaní Kirchhoffovho zákona by sa takáto analógia hodila). Ak si každá špecifická častica vody prerazí cestu od začiatku do konca, potom to neurobí nosič elektrického prúdu. Ak naozaj potrebujete prehľad, uvediem príklad preplneného autobusu, keď sa na zastávke niekto vtisnutím do zadných dverí spôsobí, že z predných dverí vypadne menej šťastný cestujúci.
Podmienky pre vznik a existenciu elektrického prúdu sú:
- Dostupnosť bezplatných dopravcov
- Prítomnosť elektrického poľa, ktoré vytvára a udržiava prúd.
Elektrické pole- je to druh hmoty, ktorá existuje okolo elektricky nabitých telies a pôsobí na ne silou. Opäť, keď sa pozrieme na to, čo sme vedeli zo školy, „akože náboje sa odpudzujú a na rozdiel od nábojov priťahujú“, môžeme si predstaviť elektrické pole ako niečo, čo prenáša tento efekt. Toto pole, ako každé iné, nie je možné priamo cítiť, ale má svoju kvantitatívnu charakteristiku - intenzita elektrického poľa.
Existuje mnoho vzorcov, ktoré opisujú vzťah elektrického poľa s inými elektrickými veličinami a parametrami. Obmedzím sa na jeden, zredukovaný na primitív: E=Δφ.
- E je intenzita elektrického poľa. Vo všeobecnosti ide o vektorovú veličinu, ale všetko som zjednodušil na skalár.
- Δφ=φ1-φ2 - potenciálny rozdiel (obrázok 1).
Keďže podmienkou existencie prúdu je prítomnosť elektrického poľa, potom musí byť (pole) nejakým spôsobom vytvorené. Známe experimenty s elektrifikáciou hrebeňa, trením ebonitovej tyčinky handričkou a otáčaním rukoväte elektrostatického strojčeka sú z pochopiteľných dôvodov v praxi neprijateľné.
Preto boli vynájdené zariadenia, ktoré boli schopné poskytnúť potenciálový rozdiel v dôsledku síl neelektrostatického pôvodu (jednou z nich je známa batéria), tzv. zdroj elektromotorickej sily (EMF), ktorý sa označuje takto: ε.
Fyzikálny význam EMP je určený prácou, ktorú vykonávajú vonkajšie sily pri pohybe jednotkového náboja, ale aby sme získali počiatočnú predstavu o tom, čo je elektrický prúd, napätie a odpor, nepotrebujeme podrobné zváženie týchto procesov v integrálnom a iné rovnako zložité formy.
Napätie(U).
Dôrazne odmietam, aby som vás ďalej obťažoval čisto teoretickými výpočtami a dával definíciu napätia ako potenciálový rozdiel v časti obvodu: U=Δφ=φ1-φ2 a pre uzavretý obvod budeme uvažovať napätie rovné emf zdroja prúdu: U=ε.
Nie je to úplne správne, ale v praxi to úplne postačuje.
Odpor(R) - názov hovorí sám za seba - fyzikálna veličina charakterizujúca odpor vodiča voči elektrickému prúdu. Vzorec určujúci vzťah medzi napätím, prúdom a odporom volal Ohmov zákon. O tomto zákone sa hovorí na samostatnej stránke v tejto časti. Okrem toho odpor závisí od mnohých faktorov, ako je napríklad materiál vodiča. Tieto referenčné údaje sú uvedené vo forme hodnoty odporu ρ, definovanej ako odpor 1 meter vodič/úsek. Čím nižší je odpor, tým nižšia je strata prúdu vo vodiči. Podľa toho bude odpor vodiča s dĺžkou L a plochou prierezu S R=ρ*L/S.
Z vyššie uvedeného vzorca je okamžite zrejmé, že odpor vodiča závisí aj od jeho dĺžky a prierezu. Odolnosť ovplyvňuje aj teplota.
Pár slov o Jednotky prúd, napätie, odpor. Základné jednotky merania týchto veličín sú nasledovné:
Prúd - Ampér (A)
Napätie - Volt (V)
Odpor - Ohm (Ohm).
Tieto jednotky merania medzinárodného systému (SI) nie sú vždy vhodné. V praxi sa používajú deriváty (miliampéry, kiloohmy atď.). Pri výpočtoch by sa mali brať do úvahy rozmery všetkých množstiev obsiahnutých vo vzorci. Takže, ak vynásobíte ampéry kiloohmami v Ohmovom zákone, potom napätie, ktoré dostanete, nie sú vôbec volty.
© 2012-2019 Všetky práva vyhradené.
Všetky materiály prezentované na tejto stránke slúžia len na informačné účely a nemožno ich použiť ako usmernenia alebo regulačné dokumenty.
Urobme jednoduchý experiment. Pomocou dvoch krátkych vodičov pripojte žiarovku zo svetlometu auta k autobatérii. Žiarovka svieti, a to celkom jasne. Teraz pripojíme tú istú lampu s oveľa dlhšími konektormi. Svetlo očividne zoslablo. Čo sa deje? V odpore drôtu.
Čo je elektrický odpor
Na opis tohto javu existujú rôzne formulácie. Využime jeden z nich:
"Elektrický odpor je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosť vodiča odolávať toku elektrického prúdu."
V našom experimente vodiče dodávajúce napätie z batérie do žiarovky poskytujú elektrický odpor prúdu pretekajúcemu uzavretým obvodom. Od zdroja napätia – batérie, cez vodiče – vodiče, až po záťaž – svietidlo.
Fyzikálna podstata javu
Keď je záťaž pripojená k zdroju napätia pomocou konektorov, vzniká uzavretý obvod, v ktorom vzniká elektrické pole, ktoré spôsobuje smerový pohyb elektrónov v kovových drôtoch od záporného pólu batérie ku kladnému. Elektróny dodávajú elektrinu zo zdroja do záťaže a spôsobujú žeravenie vlákna žiarovky. Na dráhe svojho pohybu narážajú elektróny na ióny kryštálovej mriežky vodiča, pričom strácajú časť energie, ktorá ide na ohrev materiálu konektorov.
Ďalšia definícia: „Dôvodom vzniku elektrického odporu je výsledok interakcie toku elektrónov s molekulami (iónmi), ktoré tvoria vodič.
Dôležitá poznámka! Aj keď sa elektróny pohybujú od negatívneho ku kladnému pólu zdroja napätia, smer elektrického prúdu bol historicky považovaný za opačný – od kladného k zápornému.
Prúd môže pretekať nielen v pevných materiáloch, kovoch, ale aj v kvapalných látkach, roztokoch solí, kyselín a zásad. Tam sú hlavným nosičom energie ióny kladného a záporného náboja. Napríklad v autobatériách prúd prechádza vodným roztokom kyseliny sírovej.
Meranie odporu vodiča
Jednotkou elektrického odporu v sústave SI je 1 ohm. Ak použijeme Ohmov zákon pre časť elektrického obvodu:
I = U/R,
- I – prúd tečúci v obvode;
- U – napätie;
- R – elektrický odpor.
transformáciou vzorca R = U / I môžeme povedať, že 1 Ohm sa rovná pomeru napätia 1 Volt k prúdu 1 Ampér.
R v tomto vzorci je konštantná hodnota a nezávisí od hodnôt napätia a prúdu.
Pre väčšie hodnoty sa používajú tieto jednotky:
- 1 kOhm = 1 000 Ohm;
- 1 MOhm = 1 000 000 Ohm;
- 1 GOhm = 1 000 000 000 ohmov.
Od čoho závisí elektrický odpor vodiča?
V prvom rade to závisí od materiálu, z ktorého je konektor vyrobený. Rôzne kovy bránia prechodu elektrického prúdu rôznymi spôsobmi. Je známe, že striebro, meď a hliník vedú elektrinu dobre, ale oceľ je na tom oveľa horšie.
Existuje pojem elektrického odporu materiálu, ktorý sa označuje gréckym písmenom p (rho). Táto charakteristika závisí len od vnútorných vlastností látky, z ktorej je vodič vyrobený. Ale jeho celkový odpor bude závisieť aj od dĺžky a plochy prierezu. Tu je vzorec, ktorý spája všetky tieto množstvá:
R = r * L / S,
- p – rezistivita materiálu;
- L - dĺžka;
- S – plocha prierezu.
Plocha prierezu S v praktickej elektrotechnike sa zvyčajne uvažuje v mm štvorcových, potom sa rozmer p vyjadruje ako Ohm * mm štvorcový / meter.
Záver: na zníženie elektrického odporu, a tým aj strát v elektrickom obvode, musí mať materiál minimálny odpor a samotný vodič musí byť čo najkratší a mať dostatočne veľký prierez.
Indikátory pre tuhé materiály
| Materiál | Materiál | Elektrický odpor (Ohm*sq.mm/m) | |
| Strieborná | 0,016 | Nikelín (zliatina) | 0,4 |
| Meď | 0,017 | Manganín (zliatina) | 0,43 |
| Zlato | 0,024 | Constantan (zliatina) | 0,5 |
| hliník | 0,028 | Merkúr | 0,98 |
| Volfrám | 0,055 | Nichrome (zliatina) | 1,1 |
| Oceľ | 0,1 | Fechral (zliatina) | 1,3 |
| Viesť | 0,21 | Grafit | 13 |
Tabuľka ukazuje, že na výrobu konektorov, na ktorých sa stratí minimálne množstvo elektriny, sú najvhodnejšie striebro, meď a hliník, ale termoelektrické ohrievače (TEH) budú vyrobené z fechralu a nichrómu.
Je potrebné poznamenať, že všetky tieto hodnoty platia pre teplotu 20 0 C. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje elektrický odpor kovov a so znižovaním klesá, s výnimkou Constantanu sa jeho špecifické vlastnosti mierne menia .
Pri silnom poklese teploty, blízko absolútnej nuly, môže byť odpor kovov nulový a dochádza k javu supravodivosti. Vysvetľuje to skutočnosť, že ióny kryštálovej mriežky „zamrznú“, prestanú oscilovať a neinterferujú s elektrónmi pri ich pohybe.
Indikátory pre kvapalinové vodiče
Špecifické elektrické odpory roztokov solí, kyselín a zásad závisia nielen od ich chemického zloženia, ale aj od koncentrácie roztoku. Závislosť od teploty je opačná ako u kovov. Pri zahrievaní sa rezistivita znižuje a pri ochladzovaní sa zvyšuje. Kvapalina môže pri nízkych teplotách zamrznúť a prestať viesť prúd.
Dobrým príkladom je správanie autobatérií v silných mrazoch. Elektrolyt - roztok kyseliny sírovej pri výrazných teplotách pod nulou (-20, -30C 0) zvyšuje vnútorný elektrický odpor batérie a úplné dodanie prúdu do štartéra je nemožné.
Elektrická vodivosť
V niektorých prípadoch je vhodnejšie použiť koncepciu vodivosti elektrického prúdu. Táto charakteristika sa meria v Siemensoch (cm):
- G – vodivosť;
- R - odpor,
- a 1 cm = 1/ Ohm.
Prípadová štúdia
Po získaní niektorých informácií o elektrickom odpore sa oplatí vykonať jednoduchý výpočet a zistiť, ako vlastnosti konektorov ovplyvňujú parametre elektrických obvodov.
Vráťme sa k najjednoduchšiemu elektrickému obvodu, ktorý pozostáva z batérie, žiarovky a vodičov:
- Napätie batérie 12,5V.
- Svietidlo má výkon 21W.
- Medené spojky, dĺžka 1 meter x 2 ks, prierez 1,5 mm2.
Zistime elektrický odpor vodičov: R = p* L/S. Nahradíme naše údaje: R = 0,017 * 2 / 1,5 = 0,023 Ohm.
Zistime odpor lampy. Jeho elektrický výkon je 21 W, keď je pripojený k zdroju napájania 12,5 V, prúd v obvode sa bude rovnať:
I = P/U,
- I – požadovaný prúd;
- P – výkon lampy;
- U – zdrojové napätie.
Dosadíme čísla: I = 21/12,5 = 1,68 A.
Odpor žiarovky zistíme pomocou Ohmovho zákona pre časť obvodu. Ak I = U/R, potom R = U/I. Alebo: R = 12,5/1,68 = 7,44 Ohmov.
Pri výpočte sme zanedbali odpor vodičov, je viac ako 300-krát menší ako elektrický odpor záťaže.
Nájdite stratu výkonu na vodičoch a porovnajme ju s užitočným výkonom záťaže. Poznáme prúd v obvode, poznáme parametre konektorov, nájdime stratu energie na vodičoch:
P = U*I,
nahraďte napätie vo vzorci podľa Ohmovho zákona: U = I*R, dosaďte ho do vzorca výkonu:
P = I*R*I = I2*R.
Po dosadení čísel: P = 1,68 2 * 0,023 = 0,065 W.
Výsledok je výborný, konektory odoberajú zo záťaže len 0,3 % výkonu.
Ak však lampu pripojíte cez dlhé káble (20 metrov), a dokonca aj tenké, s prierezom 0,75 mm štvorcových, obraz sa zmení. Bez toho, aby sme tu opakovali celý výpočet, je možné poznamenať, že s takýmito konektormi sa efektívny výkon lampy zníži o takmer 11% a straty energie na vodičoch budú predstavovať 6%.
Pripomeňme si pravidlo - na zníženie strát v elektrických sieťach je potrebné znížiť elektrický odpor vodičov, použiť meď alebo hliník, a ak je to možné, zmenšiť dĺžku a zväčšiť prierez vodičov.
Čo je odpor: video
