Как связаны сопротивление и электропроводность

§ 4. Электрическое сопротивление и проводимость

Физическая природа электрического сопротивления. При движе­нии свободных электронов в проводнике они сталкиваются на своем пути с положительными ионами 2 (см. рис. 10, а), атомами и молекулами вещества, из которого выполнен проводник, и пере­дают им часть своей энергии. При этом энергия движущихся электронов в результате столкновения их с атомами и молекулами частично выделяется и рассеивается в виде тепла, нагревающего проводник. Ввиду того что электроны, сталкиваясь с частицами проводника, преодолевают некоторое сопротивление движению, при­нято говорить, что проводники обладают электрическим сопротив­лением. Если сопротивление проводника мало, он сравнительно слабо нагревается током; если сопротивление велико, проводник может раскалиться. Провода, подводящие электрический ток к электрической плитке, почти не нагреваются, так как их сопро­тивление мало, а спираль плитки, обладающая большим сопротив­лением, раскаляется докрасна. Еще сильнее нагревается нить электрической лампы.

За единицу сопротивления принят ом. Сопротивлением 1 Ом обладает проводник, по которому проходит ток 1 А при разности потенциалов на его концах (напряжении), равной 1 В. Эталоном сопротивления 1 Ом служит столбик ртути длиной 106,3 см и пло­щадью поперечного сечения 1 мм 2 при температуре 0 °С. На прак­тике часто сопротивления измеряют тысячами ом — килоомами

(кОм) или миллионами ом — мегаомами (МОм). Сопротивление обозначают буквой Я (г).

Проводимость. Всякий проводник можно характеризовать не только его сопротивлением, но и так называемой проводимостью — способностью проводить электрический ток. Проводимость есть величина, обратная сопротивлению. Единица проводимости назы­вается сименсом (См). 1 См равен 1/1 Ом. Проводимость обозна­чают буквой О (§). Следовательно,

Удельное электрическое сопротивление и проводимость. Ато­мы разных веществ оказывают прохождению электрического тока неодинаковое сопротивление. О способности отдельных веществ про­водить электрический ток можно судить по их удельному электри­ческому сопротивлению р. За величину, характеризующую удельное сопротивление, обычно принимают сопротивление куба с ребром 1 м. Удельное электрическое сопротивление измеряют в Ом-м. Для суждения об электропроводности материалов пользуются также понятием удельная электрическая проводимость а=1/р. Удельная электрическая проводимость измеряется в сименсах на метр (См/м) (проводимость куба с ребром 1 м). Часто удельное электри­ческое сопротивление выражают в ом-сантиметрах (Ом • см), а удель­ную электрическую проводимость — в сименсах на сантиметр (См/см). При этом 1 Ом-см = 10~~ 2 Ом-м, а 1 См/см = = 10 2 См/м.

Проводниковые материалы применяют, главным образом, в виде проволок, шин или лент, площадь поперечного сечения которых принято выражать в квадратных миллиметрах, а длину — в метрах. Поэтому для удельного электрического сопротивления подобных ма­териалов и удельной электрической проводимости введены и другие единицы измерения: р измеряют в Ом-мм 2 /м (сопротивление про­водника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 ), а а — в См-м/мм 2 (проводимость проводника длиной 1 м и пло­щадью поперечного сечения 1 мм 2 ).

Из металлов наиболее высокой электропроводностью обладают серебро и медь, так как структура их атомов позволяет легко пере­двигаться свободным электронам, затем следует золото, хром, алю­миний, марганец, вольфрам и т. д. Хуже проводят ток железо и сталь.

Чистые металлы всегда проводят электрический ток лучше, чем их сплавы. Поэтому в электротехнике используют преимущественно очень чистую медь, содержащую только 0,05 % примесей. И наобо­рот, в тех случаях, когда необходим материал с высоким сопротив­лением (для различных нагревательных приборов, реостатов и пр.). применяют специальные сплавы: константан, манганин, нихром, фех­раль. В табл. 1 приведены значения удельного сопротивления неко­торых проводниковых материалов, применяемых в электрическом оборудовании локомотивов. 16

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

3. Электродвижущая сила

Если цепь замкнута, то разделение зарядов протекает непрерывно.

Сопротивление и проводимость

Электрическое сопротивление

Проводник оказывает противодействие электрическому току, которое характеризует электрическое сопротивление проводника.

За единицу эл. сопротивления принят Ом. Более крупными единицами электрического сопротивления являютсякОм иМом.

Устройства, имеющие сопротивления и включаемые в электрическую цель для ограничения или регулирования тока, называются резисторами иреостатами.

Сопротивление, которым обладает изготовленный из данного материала провод длиной 1мс поперечным сечением1мм 2 при температуре 20 0 С, называют удельным электрическим сопротивлением.Удельное сопротивление обозначаюти выражают в.

Выясним влияние длины металлического проводника lи его сеченияSна электрическое сопротивление.

Известно, что сопротивление проводника вызвано столкновением движущихся электронов с атомами и молекулами проводника. Количество таких столкновений, а значит, и электрическое сопротивление возрастает при удлинении проводника и уменьшается с увеличением его поперечного сечения. Поэтому сопротивление проводника при температуре 20 0 Сопределяют по формуле:

l – длина проводника,м;

S – площадь поперечного сечения,мм 2 .

Зависимость эл. сопротивления от температуры

Для определения сопротивления проводника при температуре, отличной от 20 0 С, необходимо знать его температурный коэффициент сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры проводника на 1 0 С.

Реостаты и резисторы

Резистор – прибор, имеющий сопротивление и предназначенный для ограничения или регулирования тока в электрической цепи. Резисторы бывают регулируемые, нерегулируемые, проволочные и непроволочные. Зависимость тока резистора Iот подводимого напряженияUназывают еговольт-амперной характеристикой.

Различают линейные инелинейные сопротивления резисторов. Если сопротивление резистора не зависит от тока, его вольт-амперная характеристика представляет собой прямую, проходящую через начало координат.

Такое сопротивление называется линейным.

Нелинейные сопротивления являются функцией тока или напряжения. Вольт-амперная характеристика нелинейных резисторов отклоняется от прямой линии.

К нелинейным сопротивлениям относятся осветительные лампы с вольфрамовой и угольной нитью накаливания, вентильные элементы (селеновые, германиевые, кремниевые).

Электрические цепи, содержащие только линейные элементы, называют линейными. Если в цепи имеется хотя бы один нелинейный элемент, то вся цепь называетсянелинейной.

Проводимость

Величина, обратная сопротивлению называется проводимостьюи обозначаетсяg:.

Единица проводимости называется сименсом:, а величина, обратная удельному сопротивлению –удельной проводимостью: .

Если удельное сопротивление выражается в , то удельная проводимость – в.

Чем меньше сопротивление проводника, тем больше его проводимость, и, следовательно, он лучше проводит ток.

3. Электрическое сопротивление и проводимость

Поступательное движение электронов, дрейфующих под действием сил электрического поля и обеспечивающих в проводнике электрический ток, тормозится вследствие столкновений их с узлами электрической решетки проводника ( с ионами , атомами, молекулами проводника) (рис.6).

При столкновении электрона с узлом кристаллической решетки электроны теряют часть своей кинетической энергии, уменьшая свою скорость, которая в результате действия сил электрического поля снова увеличивается и т.д. Таким образом скорость движения электронов изменяется. В результате в проводнике устанавливается некоторая средняя скорость движения электронов. Электроны, двигаясь вдоль проводника, всегда встречают сопротивление своему движению. Частота столкновений зависит от структуры материала и его температуры. Это противодействие или торможение, направленному движению электронов, т.е. электрическому току, называется электрическим сопротивлением. Под электрическим сопротивлением проводника понимают величину противодействия, которое оказывает проводник перемещению электрических зарядов. Ток в твердых проводниках создается только движением электронов. Это проводники первого рода, обладающиеэлектроннойпроводимостью. В жидкостях и газах носителями зарядов являются положительные и отрицательные ионы. Их движение – положительных ионов по направлению поля и отрицательных ионов против этого направления – создает электрический ток. Такие проводники обладаютионнойпроводимостью и называются проводниками второго рода. Сопротивление обозначается буквамиR илиr.

Сопротивление проводника зависит от рода материала, его размеров (длины, сечения) и температуры проводника.

При температуре порядка 20 0 С, численное значение сопротивления проводника определяется по формуле

(2-9)

где R-сопротивление проводника при комнатной температуре, ρ – удельное сопротивление проводника при 20 0 С,— длина проводника,S-площадь сечения проводника.

Единица электрического сопротивления – ом (Ом).

Величину, обратную сопротивлению, называют электрической проводимостью

Единица электрической проводимости – сименс (См)

Понятие проводимости используется преимущественно при расчетах параллельного соединения приемников электрической энергии.

При нагревании проводника первого рода (металла) его сопротивление увеличивается по закону

где R_τ– сопротивление проводника при температуреt,R₀– сопротивление проводника при 0 0 С, α – температурный коэффициент сопротивления, который показывает относительное изменение сопротивления проводника при изменении температуры на 1 0 С.

Таблица удельных сопротивлений, проводимостей и температурных коэффициентов некоторых проводников

У чистых металлов коэффициент α положителен. У сплавов он может быть как положительным, так и отрицательным. В частности, для сплавов, применяемых при изготовлении реостатов, измерительных (эталонных) сопротивлений, значение α весьма мало. К таким сплавам принадлежит манганин (84%меди, 12% марганца,3% никеля), константан и др. Температурный коэффициент сопротивления для проводников второго рода (электролитов) и графита отрицателен, т.е. с повышением температуры их удельное сопротивление уменьшается.