Dette websted kunne ikke undvære en artikel om modstand. Nå, ingen måde! Der er det mest fundamentale koncept inden for elektronik, hvilket også er fysisk ejendom. Du kender sikkert allerede disse venner:
Modstand er et materiales evne til at forstyrre strømmen af elektroner. Materialet ser ud til at modstå, hæmme denne strømning, som sejlene på en fregat mod en stærk vind!
I verden har næsten alt evnen til at modstå: luft modstår strømmen af elektroner, vand modstår også strømmen af elektroner, men de slipper stadig igennem. Kobbertråde modstår også strømmen af elektroner, men dovent. Så de håndterer denne form for flow meget godt.
Kun superledere har ingen modstand, men det er en anden historie, da de ikke har nogen modstand, er vi ikke interesserede i dem i dag.
Forresten er strømmen af elektroner elektricitet. Den formelle definition er mere pedantisk, så kig efter den selv i den samme tørre bog.
Og ja, elektroner interagerer med hinanden. Styrken af en sådan interaktion måles i volt og kaldes spænding. Kan du fortælle mig, hvad der lyder mærkeligt? Intet mærkeligt. Elektronerne spændes og flytter andre elektroner med kraft. Lidt rustikt, men grundprincippet er klart.
Det er tilbage at nævne magt. Strøm er, når strøm, spænding og modstand mødes ved et bord og begynder at arbejde. Så dukker der strøm op - den energi, som elektroner mister, når de passerer gennem modstand. I øvrigt:
I = U/R P = U * I
For eksempel har du en 60W pære med en ledning. Du sætter den i en 220V stikkontakt. Hvad er det næste? Elpæren giver en vis modstand mod strømmen af elektroner med et potentiale på 220V. Er der for lidt modstand, bom, brænder det ud. Hvis den er for stor, vil glødetråden lyse meget svagt, hvis overhovedet. Men hvis det er "lige rigtigt", så vil pæren bruge 60W og omdanne denne energi til lys og varme.
Det er varmt bivirkning og kaldes "tab" af energi, da pæren i stedet for at lyse kraftigere bruger energi på opvarmning. Brug energibesparende lamper! Tråden har i øvrigt også modstand, og hvis strømmen af elektroner er for stor, vil den også varme op til en mærkbar temperatur. Her kan du foreslå at læse et notat om, hvorfor der bruges højspændingsledninger
Jeg er sikker på, at du forstår mere om modstand nu. Samtidig faldt vi ikke i detaljer som materialets resistivitet og formler som
hvor ρ - resistivitet lederstoffer, Ohm m, l— lederlængde, m, a S— tværsnitsareal, m².
Et par animationer for at fuldende billedet
Og det er tydeligt, hvordan strømmen af elektroner varierer afhængigt af lederens temperatur og dens tykkelse
 |
 |
 |
Eller et elektrisk kredsløb til en elektrisk strøm.
Elektrisk modstand er defineret som en proportionalitetskoefficient R mellem spænding U og jævnstrøm jeg i Ohms lov for en del af et kredsløb.
Modstandsenheden kaldes ohm(Ohm) til ære for den tyske videnskabsmand G. Ohm, som introducerede dette koncept i fysikken. En ohm (1 Ohm) er modstanden af en sådan leder, hvori ved spænding 1 I strømmen er lig med 1 EN.
Resistivitet.
Modstanden af en homogen leder med konstant tværsnit afhænger af lederens materiale, dens længde l Og tværsnit S og kan bestemmes ved formlen:
Hvor ρ - specifik modstand af det stof, hvoraf lederen er lavet.
Specifik resistens af et stof- dette er en fysisk størrelse, der viser, hvilken modstand en leder lavet af dette stof af enhedslængde og enhedstværsnitsareal har.
Af formlen følger det
Gensidig værdi ρ , hedder ledningsevne σ :
Da SI-enheden for modstand er 1 ohm. arealenhed er 1 m 2, og længdeenhed er 1 m, så er enheden resistivitet i SI vil det være 1 ohm · m 2 /m, eller 1 Ohm m. SI-enheden for ledningsevne er Ohm -1 m -1.
I praksis er tværsnitsarealet af tynde ledninger ofte udtrykt i kvadratmillimeter (mm2). I dette tilfælde er en mere bekvem enhed for resistivitet Ohm mm 2 /m. Da 1 mm 2 = 0,000001 m 2, så er 1 Ohm mm 2 /m = 10 -6 Ohm m. Metaller har en meget lav resistivitet - ca. (1·10 -2) Ohm·mm 2 /m, dielektrikum - 10 15 -10 20 større.
Modstandens afhængighed af temperaturen.
Når temperaturen stiger, stiger modstanden af metaller. Der er dog legeringer, hvis modstand næsten ikke ændres med stigende temperatur (for eksempel konstantan, manganin osv.). Modstanden af elektrolytter falder med stigende temperatur.
Temperaturkoefficient for modstand af en leder er forholdet mellem ændringen i lederens modstand, når den opvarmes med 1 °C, og værdien af dens modstand ved 0 ºC:
.
Afhængigheden af lederes resistivitet af temperatur er udtrykt ved formlen:
.
I almindelig sag α afhænger af temperatur, men hvis temperaturområdet er lille, så kan temperaturkoefficienten betragtes som konstant. Til rene metaller a = (1/273)K-1. Til elektrolytopløsninger α < 0 . For eksempel for en 10% opløsning bordsalt a = -0,02 K-1. Til konstantan (kobber-nikkel legering) a = 10-5 K-1.
Ledermodstandens afhængighed af temperaturen bruges i modstand termometre.
§ 15. Elektrisk modstand
Den retningsbestemte bevægelse af elektriske ladninger i enhver leder forhindres af denne leders molekyler og atomer. Derfor forstyrrer både den ydre sektion af kredsløbet og den interne (inde i selve energikilden) passagen af strøm. Den mængde, der karakteriserer modstanden af et elektrisk kredsløb til passage af elektrisk strøm, kaldes elektrisk modstand.
Kilde elektrisk energi, inkluderet i et lukket elektrisk kredsløb, bruger energi til at overvinde modstanden i de eksterne og interne kredsløb.
Elektrisk modstand er angivet med bogstavet r og er afbildet på diagrammerne som vist i fig. 14, a.
Modstandsenheden er ohm. Ohm er den elektriske modstand af en lineær leder, hvori der med en konstant potentialforskel på én volt løber en strøm på én ampere, dvs.
Ved måling af store modstande bruges enheder på tusind og en million gange ohm. De kaldes kilo-ohm ( com) og megohm ( Mor), 1 com = 1000 ohm; 1 Mor = 1 000 000 ohm.
I forskellige stoffer indeholdt forskellige mængder frie elektroner, og atomerne, som disse elektroner bevæger sig imellem, har forskellige arrangementer. Derfor afhænger ledernes modstand mod elektrisk strøm af det materiale, de er lavet af, længden og tværsnitsarealet af lederen. Hvis du sammenligner to ledere af samme materiale, har den længere leder større modstand ved lige store områder tværsnit, og en leder med stort tværsnit har mindre modstand i lige længder.
Til relativ værdiansættelse elektriske egenskaber Materialet i en leder er dens resistivitet. Resistivitet er modstanden af en metalleder med længde 1 m og tværsnitsareal 1 mm 2; angivet med bogstavet ρ, og måles i
Hvis en leder lavet af et materiale med resistivitet ρ har en længde l meter og tværsnitsareal q kvadratmillimeter, derefter modstanden af denne leder
Formel (18) viser, at modstanden af en leder er direkte proportional med resistiviteten af materialet, som den er lavet af, såvel som dens længde, og omvendt proportional med tværsnitsarealet.
Ledernes modstand afhænger af temperaturen. Modstanden af metalledere stiger med stigende temperatur. Denne afhængighed er ret kompleks, men inden for et relativt snævert område af temperaturændringer (op til ca. 200 °C) kan vi antage, at der for hvert metal er en vis, såkaldt temperaturmodstandskoefficient (alfa), som udtrykker stigningen i ledermodstand Δ r når temperaturen ændres med 1°C, henvist til 1 ohm initial modstand.
Således temperaturkoefficienten for modstand
og øget modstand
Δ r = r 2 - r 1 = α r 2 (T 2 - T 1) (20)
Hvor r 1 - ledermodstand ved temperatur T 1 ;
r 2 - modstand af samme leder ved temperatur T 2 .
Lad os forklare udtrykket for modstandens temperaturkoefficient ved hjælp af et eksempel. Lad os antage, at en kobber lineær ledning ved en temperatur T 1 = 15° har modstand r 1 = 50 ohm og ved temperatur T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Derfor er stigningen i modstand, når temperaturen ændres med 75 - 15 = 60°, 62 - 50 = 12 ohm. Således er stigningen i modstand svarende til en temperaturændring på 1° lig med:
Temperaturkoefficient modstand for kobber er lig med stigningen i modstand divideret med 1 ohm indledende modstand, dvs divideret med 50:
Ud fra formel (20) er det muligt at fastslå sammenhængen mellem modstandene r 2 og r 1:
(21)Det skal huskes, at denne formel kun er et omtrentligt udtryk for modstandens afhængighed af temperatur og ikke kan bruges til at måle modstand ved temperaturer over 100 ° C.
Justerbare modstande kaldes reostater(Fig. 14, b). Rheostater er lavet af tråd med høj resistivitet, for eksempel nichrome. Modstanden af rheostater kan variere ensartet eller i trin. Der bruges også flydende rheostater, som er en metalbeholder fyldt med en eller anden opløsning, der leder elektrisk strøm, for eksempel en opløsning af sodavand i vand.
En leders evne til at passere elektrisk strøm er karakteriseret ved ledningsevne, som er den gensidige modstand og er betegnet med bogstavet g. SI-enheden for ledningsevne er (Siemens).
Således er forholdet mellem modstand og ledningsevne af en leder som følger.
Begrebet elektrisk modstand og ledningsevne
Ethvert legeme, hvorigennem elektrisk strøm løber, udviser en vis modstand mod det. Egenskaben ved et ledermateriale til at forhindre elektrisk strøm i at passere gennem det kaldes elektrisk modstand.
Elektronisk teori Dette forklarer essensen af den elektriske modstand af metalledere. Frie elektroner, når de bevæger sig langs en leder, støder på atomer og andre elektroner på deres vej utallige gange og mister, når de interagerer med dem, uundgåeligt en del af deres energi. Elektroner oplever en slags modstand mod deres bevægelse. Forskellige metalledere med forskellige atomare struktur, har forskellig modstand mod elektrisk strøm.
Det samme forklarer væskelederes og gassers modstand mod passage af elektrisk strøm. Vi skal dog ikke glemme, at i disse stoffer er det ikke elektroner, men ladede partikler af molekyler, der møder modstand under deres bevægelse.
Modstand er angivet med de latinske bogstaver R eller r.
Enheden for elektrisk modstand er ohm.
Ohm er modstanden af en kviksølvsøjle 106,3 cm høj med et tværsnit på 1 mm2 ved en temperatur på 0°C.
Hvis for eksempel en leders elektriske modstand er 4 ohm, så skrives det således: R = 4 ohm eller r = 4 ohm.
Til måling af modstand stor størrelse Den vedtagne enhed kaldes megom.
En megohm er lig med en million ohm.
Jo større modstand en leder har, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt jo mindre mindre modstand leder, jo lettere er det for elektrisk strøm at passere gennem denne leder.
For at karakterisere en leder (fra synspunktet om passage af elektrisk strøm gennem den), kan man derfor overveje ikke kun dens modstand, men også den gensidige af modstanden og kaldet ledningsevne.
Elektrisk ledningsevne er et materiales evne til at føre elektrisk strøm gennem sig selv.
Da ledningsevne er den reciproke modstand, udtrykkes den som 1/R, betegnet ledningsevne latinsk bogstav g.
Indflydelsen af ledermateriale, dets dimensioner og omgivelsestemperatur på værdien af elektrisk modstand
Modstanden af forskellige ledere afhænger af det materiale, de er lavet af. At karakterisere elektrisk modstand diverse materialer begrebet såkaldt resistivitet blev introduceret.
Resistivitet er modstanden af en leder med en længde på 1 m og et tværsnitsareal på 1 mm2. Resistivitet er angivet med bogstavet p i det græske alfabet. Hvert materiale, som en leder er lavet af, har sin egen resistivitet.
For eksempel er kobbers resistivitet 0,017, dvs. en kobberleder på 1 m lang og 1 mm2 tværsnit har en modstand på 0,017 ohm. Resistiviteten af aluminium er 0,03, resistiviteten af jern er 0,12, resistiviteten af konstantan er 0,48, resistiviteten af nichrom er 1-1,1.
En leders modstand er direkte proportional med dens længde, dvs. jo længere lederen er, jo større er dens elektriske modstand.
Modstanden af en leder er omvendt proportional med dens tværsnitsareal, dvs. jo tykkere lederen, jo lavere modstand, og omvendt, jo tyndere lederen er, jo større modstand.
For bedre at forstå dette forhold, forestil dig to par af kommunikerende kar, hvor det ene par kar har et tyndt forbindelsesrør, og det andet har et tykt. Det er klart, at når et af karrene (hvert par) er fyldt med vand, vil dets overførsel til det andet kar gennem et tykt rør ske meget hurtigere end gennem et tyndt rør, dvs. et tykt rør vil have mindre modstand mod strømmen. af vand. På samme måde er det lettere for elektrisk strøm at passere gennem en tyk leder end gennem en tynd, dvs. den første giver den mindre modstand end den anden.
En leders elektriske modstand er lig med resistiviteten af det materiale, som lederen er lavet af, ganget med lederens længde og divideret med lederens tværsnitsareal:
R = р l/S,
Hvor - R er lederens modstand, ohm, l er lederens længde i m, S er lederens tværsnitsareal, mm 2.
Tværsnitsareal af en rund leder beregnet med formlen:
S = π d 2/4
Hvor π - konstant, lig med 3,14; d er lederens diameter.
Og sådan bestemmes lederens længde:
l = S R / p,
Denne formel gør det muligt at bestemme længden af lederen, dens tværsnit og resistivitet, hvis de andre mængder, der er inkluderet i formlen, er kendte.
Hvis det er nødvendigt at bestemme lederens tværsnitsareal, har formlen følgende form:
S = р l / R
Ved at transformere den samme formel og løse ligheden med hensyn til p, finder vi lederens resistivitet:
R = R S/l
Den sidste formel skal anvendes i tilfælde, hvor lederens modstand og dimensioner er kendt, men dens materiale er ukendt og i øvrigt vanskeligt at bestemme vha. udseende. For at gøre dette skal du bestemme lederens resistivitet og ved hjælp af tabellen finde et materiale, der har en sådan resistivitet.
En anden grund, der påvirker ledernes modstand, er temperatur.
Det er blevet fastslået, at med stigende temperatur øges modstanden af metalledere, og med faldende temperatur falder den. Denne stigning eller fald i modstand for rene metalledere er næsten den samme og er i gennemsnit 0,4% pr. 1°C. Modstanden af væskeledere og kulstof falder med stigende temperatur.
Den elektroniske teori om stofstrukturen giver følgende forklaring på stigningen i modstand af metalledere med stigende temperatur. Ved opvarmning modtager lederen termisk energi, som uundgåeligt overføres til alle atomer af stoffet, som et resultat af hvilket intensiteten af deres bevægelse øges. Den øgede bevægelse af atomer skaber større modstand mod frie elektroners retningsbestemte bevægelse, hvorfor lederens modstand øges. Med et fald i temperaturen, Bedre forhold for retningsbestemt bevægelse af elektroner, og lederens modstand falder. Dette forklarer interessant fænomen - superledning af metaller.
Superledningsevne, dvs. et fald i metallers modstand til nul, forekommer ved en enorm negativ temperatur - 273 ° C, kaldet absolut nul. Ved en temperatur absolut nul metalatomerne ser ud til at fryse på plads, uden overhovedet at forstyrre elektronernes bevægelse.
Uden at være sikker basis viden om elektricitet, er det svært at forestille sig, hvordan de fungerer elektriske apparater, hvorfor virker de overhovedet, hvorfor skal du tilslutte tv'et for at det virker, men en lommelygte behøver kun et lille batteri for at lyse i mørket.
Og så vil vi forstå alt i rækkefølge.
Elektricitet
Elektricitet- Det her et naturfænomen, der bekræfter eksistensen, interaktionen og bevægelsen af elektriske ladninger. Elektricitet blev først opdaget tilbage i det 7. århundrede f.Kr. den græske filosof Thales. Thales bemærkede, at hvis et stykke rav gnides på uld, begynder det at tiltrække lette genstande. Rav på oldgræsk er elektron.
Sådan forestiller jeg mig, at Thales sidder og gnider et stykke rav på sin himation (dette er de gamle grækeres uldne overtøj), og så med et forundret blik ser han på, hvordan hår, trådrester, fjer og papirlapper tiltrækkes til rav.
Dette fænomen kaldes statisk elektricitet . Du kan gentage denne oplevelse. For at gøre dette skal du gnide en almindelig plastiklineal grundigt med en ulden klud og bringe den til de små stykker papir.
Det skal bemærkes, at i lang tid dette fænomen er ikke blevet undersøgt. Og først i 1600, i sit essay "Om magneten, magnetiske legemer og den store magnet - jorden", introducerede den engelske naturforsker William Gilbert udtrykket elektricitet. I sit arbejde beskrev han sine eksperimenter med elektrificerede objekter og slog også fast, at andre stoffer kan blive elektrificerede.
Derefter, i løbet af tre århundreder, de mest avancerede verdens videnskabsmænd De studerer elektricitet, skriver afhandlinger, formulerer love, opfinder elektriske maskiner, og først i 1897 opdager Joseph Thomson den første materielle bærer af elektricitet - elektronen, en partikel, der gør elektriske processer i stoffer mulige.
Elektron- Det her elementær partikel, Det har negativ ladning omtrent ens -1.602·10 -19 Cl (vedhæng). Udpeget e eller e –.
Spænding
For at få ladede partikler til at bevæge sig fra en pol til en anden, er det nødvendigt at skabe mellem polerne potentiel forskel eller - Spænding. Spændingsenhed - Volt (I eller V). I formler og beregninger er spænding angivet med bogstavet V . For at opnå en spænding på 1 V skal du overføre en ladning på 1 C mellem polerne, mens du udfører 1 J (Joule) arbejde.
For klarhedens skyld, forestil dig en vandtank placeret i en vis højde. Et rør kommer ud af tanken. Vand under naturligt tryk forlader tanken gennem et rør. Lad os blive enige om, at vand er elektrisk ladning, højden af vandsøjlen (trykket) er spænding, og vandstrømmens hastighed er elektricitet.
Således end mere vand i tanken, jo højere tryk. På samme måde fra et elektrisk synspunkt, jo større ladning, jo højere spænding.
Lad os begynde at dræne vandet, trykket vil falde. De der. Ladeniveauet falder - spændingen falder. Dette fænomen kan observeres i en lommelygte pæren bliver svagere, når batterierne løber tør. Bemærk venligst, at jo lavere vandtryk (spænding), jo lavere er vandgennemstrømning (strøm).
Elektricitet
Elektricitet- Det her fysisk proces retningsbestemt bevægelse af ladede partikler under påvirkning elektromagnetisk felt fra den ene pol i et lukket elektrisk kredsløb til den anden. Ladningsbærende partikler kan omfatte elektroner, protoner, ioner og huller. Uden et lukket kredsløb er ingen strøm mulig. Partikler, der er i stand til at transportere elektriske ladninger findes ikke i alle stoffer, kaldes dem, de findes i konduktører Og halvledere. Og stoffer, hvori der ikke er sådanne partikler - dielektrikum.
Nuværende enhed – Ampere (EN). I formler og beregninger er strømstyrken angivet med bogstavet jeg . En strøm på 1 Ampere genereres, når en ladning på 1 Coulomb (6.241·10 18 elektroner) passerer gennem et punkt i et elektrisk kredsløb på 1 sekund.
Lad os igen se på vores vand-elektricitet analogi. Lad os først nu tage to tanke og fylde dem lige meget vand. Forskellen mellem tankene er diameteren på udløbsrøret.
Lad os åbne vandhanerne og sørge for, at vandstrømmen fra venstre tank er større (rørets diameter er større) end fra højre. Denne erfaring er et klart bevis på strømningshastighedens afhængighed af rørdiameteren. Lad os nu prøve at udligne de to flows. For at gøre dette skal du tilføje vand (opladning) til den højre tank. Dette vil give mere tryk (spænding) og øge flowhastigheden (strøm). I et elektrisk kredsløb spilles rørdiameteren af modstand.
De udførte eksperimenter viser tydeligt sammenhængen mellem spænding, elektrisk stød Og modstand. Vi vil tale mere om modstand lidt senere, men nu et par flere ord om egenskaberne ved elektrisk strøm.
Hvis spændingen ikke ændrer sin polaritet, plus til minus, og strømmen løber i én retning, så er dette D.C. og tilsvarende konstant tryk . Hvis spændingskilden ændrer sin polaritet, og strømmen løber først i den ene retning og derefter i den anden, er dette allerede vekselstrøm Og AC spænding . Maksimal og minimumsværdier(angivet på grafen som Io ) - Det her amplitude eller spidsværdier nuværende styrke. I hjemmestikkontakter ændrer spændingen sin polaritet 50 gange i sekundet, dvs. strømmen svinger hist og her, det viser sig, at frekvensen af disse svingninger er 50 Hertz, eller 50 Hz for kort. I nogle lande, for eksempel i USA, er frekvensen 60 Hz.
Modstand
Elektrisk modstand – fysisk mængde, som bestemmer en leders egenskab til at hindre (modstå) passage af strøm. Modstandsenhed – Ohm(angivet Ohm eller græsk bogstav omega Ω ). I formler og beregninger er modstand angivet med bogstavet R . En leder har en modstand på 1 ohm til de poler, hvor der påføres en spænding på 1 V, og en strøm på 1 A flyder.
Ledere leder strøm forskelligt. Deres ledningsevne afhænger først og fremmest af lederens materiale samt af tværsnit og længde. Jo større tværsnit, jo højere ledningsevne, men jo længere længde, jo lavere ledningsevne. Modstand er det omvendte begreb om ledningsevne.
Ved at bruge VVS-modellen som eksempel kan modstand repræsenteres som rørets diameter. Jo mindre den er, jo dårligere ledningsevne og jo højere modstand.
Modstanden fra en leder viser sig for eksempel ved opvarmning af lederen, når der løber strøm gennem den. Desuden, jo større strømmen og jo mindre tværsnit af lederen, jo stærkere er opvarmningen.
Strøm
Elektrisk strøm er en fysisk størrelse, der bestemmer elkonverteringshastigheden. For eksempel har du hørt mere end én gang: "en pære er så mange watt." Dette er den strøm, som pæren bruger pr. tidsenhed under drift, dvs. konvertere en type energi til en anden med en bestemt hastighed.
Elektricitetskilder, såsom generatorer, er også kendetegnet ved strøm, men genereres allerede pr. tidsenhed.
Kraftenhed – Watt(angivet W eller W). I formler og beregninger er effekt angivet med bogstavet P . Til kæder vekselstrøm brugt udtryk Fuld kraft , enhed - Volt-ampere (VA eller V·A), angivet med bogstavet S .
Og endelig om Elektrisk kredsløb . Denne kæde repræsenterer et bestemt sæt elektriske komponenter, der er i stand til at lede elektrisk strøm og er forbundet i overensstemmelse hermed.
Det, vi ser på dette billede, er en grundlæggende elektrisk enhed (lommelygte). Under spænding U(B) en kilde til elektricitet (batterier) gennem ledere og andre komponenter, der har forskellige modstande 4,59 (220 stemmer)