Denne siden kunne ikke klare seg uten en artikkel om motstand. Vel, ingen måte! Det er det mest grunnleggende konseptet innen elektronikk, som også er det fysisk eiendom. Du kjenner sikkert allerede disse vennene:
Motstand er et materiales evne til å forstyrre strømmen av elektroner. Materialet ser ut til å motstå, hindre denne flyten, som seilene til en fregatt mot sterk vind!
I verden har nesten alt evnen til å motstå: luft motstår strømmen av elektroner, vann motstår også strømmen av elektroner, men de slipper likevel gjennom. Kobbertråder motstår også strømmen av elektroner, men dovent. Så de takler denne typen flyt veldig bra.
Bare superledere har ingen motstand, men det er en annen historie, siden de ikke har motstand, er vi ikke interessert i dem i dag.
Forresten, strømmen av elektroner er elektrisitet. Den formelle definisjonen er mer pedantisk, så se etter den selv i den samme tørre boken.
Og ja, elektroner samhandler med hverandre. Styrken til slik interaksjon måles i volt og kalles spenning. Kan du fortelle meg hva som høres merkelig ut? Ikke noe rart. Elektronene er anstrengt og beveger andre elektroner med kraft. Litt rustikk, men grunnprinsippet er klart.
Det gjenstår å nevne makt. Strøm er når strøm, spenning og motstand kommer sammen ved ett bord og begynner å fungere. Da dukker det opp kraft - energien som elektronene mister når de passerer gjennom motstand. Forresten:
I = U/R P = U * I
For eksempel har du en 60W lyspære med ledning. Du kobler den til en 220V-kontakt. Hva blir det neste? Lyspæren gir en viss motstand mot strømmen av elektroner med et potensial på 220V. Er det for lite motstand, bom, brenner det ut. Hvis den er for stor, vil glødetråden lyse veldig svakt, om i det hele tatt. Men hvis det er "akkurat riktig", så vil lyspæren forbruke 60W og gjøre denne energien om til lys og varme.
Det er varmt bivirkning og kalles "tap" av energi, siden lyspæren bruker energi på oppvarming i stedet for å lyse sterkere. Bruk energisparende lamper! Tråden har forresten også motstand og hvis strømmen av elektroner er for stor vil den også varmes opp til en merkbar temperatur. Her kan du foreslå å lese et notat om hvorfor høyspentlinjer brukes
Jeg er sikker på at du forstår mer om motstand nå. Samtidig falt vi ikke inn i detaljer som resistiviteten til materialet og formler som
hvor ρ - resistivitet lederstoffer, Ohm m, l— lederlengde, m, a S— tverrsnittsareal, m².
Noen få animasjoner for å fullføre bildet
Og det er tydelig hvordan strømmen av elektroner varierer avhengig av temperaturen på lederen og dens tykkelse
 |
 |
 |
Eller en elektrisk krets til en elektrisk strøm.
Elektrisk motstand er definert som en proporsjonalitetskoeffisient R mellom spenning U og likestrøm Jeg i Ohms lov for en del av en krets.
Motstandsenheten kalles ohm(Ohm) til ære for den tyske forskeren G. Ohm, som introduserte dette konseptet i fysikk. En ohm (1 Ohm) er motstanden til en slik leder som ved spenning 1 I strømmen er lik 1 EN.
Resistivitet.
Motstanden til en homogen leder med konstant tverrsnitt avhenger av materialet til lederen, dens lengde l Og tverrsnitt S og kan bestemmes av formelen:
Hvor ρ - spesifikk motstand til stoffet som lederen er laget av.
Spesifikk motstand av et stoff- dette er en fysisk størrelse som viser hvilken motstand en leder laget av dette stoffet med enhetslengde og enhetstverrsnittsareal har.
Av formelen følger det at
Gjensidig verdi ρ , kalt ledningsevne σ :
Siden SI-enheten for motstand er 1 ohm. arealenhet er 1 m 2, og lengdeenhet er 1 m, deretter enheten resistivitet i SI vil det være 1 ohm · m 2 /m, eller 1 Ohm m. SI-enheten for konduktivitet er Ohm -1 m -1.
I praksis er tverrsnittsarealet til tynne ledninger ofte uttrykt i kvadratmillimeter (mm2). I dette tilfellet er en mer praktisk enhet for resistivitet Ohm mm 2 /m. Siden 1 mm 2 = 0,000001 m 2, så er 1 Ohm mm 2 /m = 10 -6 Ohm m. Metaller har en svært lav resistivitet - ca (1·10 -2) Ohm·mm 2 /m, dielektrikum - 10 15 -10 20 større.
Avhengighet av motstand på temperatur.
Når temperaturen stiger, øker motstanden til metaller. Imidlertid er det legeringer hvis motstand nesten ikke endres med økende temperatur (for eksempel konstantan, manganin, etc.). Motstanden til elektrolytter avtar med økende temperatur.
Temperaturkoeffisient for motstand av en leder er forholdet mellom endringen i lederens motstand ved oppvarming med 1 °C og verdien av motstanden ved 0 ºC:
.
Avhengigheten av resistiviteten til ledere på temperatur er uttrykt ved formelen:
.
I generell sak α avhenger av temperatur, men hvis temperaturområdet er lite, kan temperaturkoeffisienten betraktes som konstant. For rene metaller a = (1/273)K -1. For elektrolyttløsninger α < 0 . For eksempel for en 10 % løsning bordsalt a = -0,02 K-1. For konstantan (kobber-nikkel-legering) a = 10-5 K-1.
Avhengigheten av ledermotstand på temperatur brukes i motstandstermometre.
§ 15. Elektrisk motstand
Retningsbevegelsen av elektriske ladninger i enhver leder forhindres av molekylene og atomene til denne lederen. Derfor forstyrrer både den ytre delen av kretsen og den interne (inne i selve energikilden) passasjen av strøm. Mengden som karakteriserer motstanden til en elektrisk krets mot passering av elektrisk strøm kalles elektrisk motstand.
Kilde elektrisk energi, inkludert i en lukket elektrisk krets, bruker energi for å overvinne motstanden til de eksterne og interne kretsene.
Elektrisk motstand er angitt med bokstaven r og er avbildet på diagrammene som vist i fig. 14, a.
Motstandsenheten er ohm. Ohm er den elektriske motstanden til en lineær leder der det, med en konstant potensialforskjell på én volt, strømmer en strøm på én ampere, dvs.
Ved måling av store motstander brukes enheter på tusen og en million ganger ohm. De kalles kilo-ohm ( com) og megohm ( Mamma), 1 com = 1000 ohm; 1 Mamma = 1 000 000 ohm.
I ulike stoffer inneholdt forskjellige mengder frie elektroner, og atomene som disse elektronene beveger seg mellom har forskjellige plasseringer. Derfor avhenger motstanden til ledere mot elektrisk strøm av materialet de er laget av, lengden og tverrsnittsarealet til lederen. Hvis du sammenligner to ledere av samme materiale, har den lengre lederen større motstand ved like områder tverrsnitt, og en leder med stort tverrsnitt har mindre motstand for like lengder.
Til relativ verdivurdering elektriske egenskaper Materialet til en leder er dens resistivitet. Resistivitet er motstanden til en metallleder med lengde 1 m og tverrsnittsareal 1 mm 2; betegnet med bokstaven ρ, og måles i
Hvis en leder laget av et materiale med resistivitet ρ har en lengde l meter og tverrsnittsareal q kvadratmillimeter, deretter motstanden til denne lederen
Formel (18) viser at motstanden til en leder er direkte proporsjonal med resistiviteten til materialet den er laget av, samt lengden, og omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet.
Motstanden til ledere avhenger av temperaturen. Motstanden til metallledere øker med økende temperatur. Denne avhengigheten er ganske kompleks, men innenfor et relativt smalt område av temperaturendringer (opptil ca. 200 ° C) kan vi anta at det for hvert metall er en viss, såkalt temperaturmotstandskoeffisient (alfa), som uttrykker økningen i ledermotstand Δ r når temperaturen endres med 1°C, referert til 1 ohm initial motstand.
Dermed temperaturkoeffisienten for motstand
og økt motstand
Δ r = r 2 - r 1 = α r 2 (T 2 - T 1) (20)
Hvor r 1 - ledermotstand ved temperatur T 1 ;
r 2 - motstand av samme leder ved temperatur T 2 .
La oss forklare uttrykket for temperaturkoeffisienten for motstand ved å bruke et eksempel. La oss anta at en lineær kobbertråd ved en temperatur T 1 = 15° har motstand r 1 = 50 ohm og ved temperatur T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Derfor er økningen i motstand når temperaturen endres med 75 - 15 = 60° 62 - 50 = 12 ohm. Dermed er økningen i motstand som tilsvarer en temperaturendring på 1° lik:
Temperaturkoeffisient motstand for kobber er lik økningen i motstand delt på 1 ohm initial motstand, dvs. delt på 50:
Ut fra formel (20) er det mulig å fastslå sammenhengen mellom motstandene r 2 og r 1:
(21)Det bør huskes at denne formelen bare er et omtrentlig uttrykk for motstandens avhengighet av temperatur og kan ikke brukes til å måle motstand ved temperaturer over 100 ° C.
Justerbare motstander kalles reostater(Fig. 14, b). Reostater er laget av tråd med høy resistivitet, for eksempel nikrom. Motstanden til reostater kan variere jevnt eller i trinn. Det brukes også flytende reostater, som er et metallkar fylt med en eller annen løsning som leder elektrisk strøm, for eksempel en løsning av brus i vann.
En leders evne til å passere elektrisk strøm er preget av ledningsevne, som er den gjensidige motstanden og er betegnet med bokstaven g. SI-enheten for konduktivitet er (Siemens).
Dermed er forholdet mellom motstand og ledningsevne til en leder som følger.
Konsept for elektrisk motstand og ledningsevne
Ethvert legeme som strømmer elektrisk strøm gjennom, utviser en viss motstand mot det. Egenskapen til et ledermateriale for å hindre elektrisk strøm i å passere gjennom det kalles elektrisk motstand.
Elektronisk teori Dette forklarer essensen av den elektriske motstanden til metallledere. Frie elektroner, når de beveger seg langs en leder, møter atomer og andre elektroner på vei utallige ganger, og i samspill med dem mister de uunngåelig deler av energien. Elektroner opplever en slags motstand mot bevegelsen deres. Ulike metallledere har forskjellige Atomstruktur, har forskjellig motstand mot elektrisk strøm.
Det samme forklarer motstanden til væskeledere og gasser mot passering av elektrisk strøm. Vi bør imidlertid ikke glemme at i disse stoffene er det ikke elektroner, men ladede partikler av molekyler som møter motstand under bevegelsen.
Motstand er betegnet med de latinske bokstavene R eller r.
Enheten for elektrisk motstand er ohm.
Ohm er motstanden til en kvikksølvsøyle 106,3 cm høy med et tverrsnitt på 1 mm2 ved en temperatur på 0°C.
Hvis for eksempel den elektriske motstanden til en leder er 4 ohm, så skrives det slik: R = 4 ohm eller r = 4 ohm.
For å måle motstand stor størrelse Enheten som er vedtatt kalles megom.
En megohm er lik en million ohm.
Jo større motstanden til en leder, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo mindre mindre motstand leder, jo lettere er det for elektrisk strøm å passere gjennom den lederen.
Følgelig, for å karakterisere en leder (fra synspunktet om passasje av elektrisk strøm gjennom den), kan man vurdere ikke bare dens motstand, men også den gjensidige motstanden og kalt ledningsevne.
Elektrisk Strømføringsevne er et materiales evne til å føre elektrisk strøm gjennom seg selv.
Siden konduktivitet er resiprok av motstand, uttrykkes den som 1/R, betegnet konduktivitet latinsk bokstav g.
Påvirkningen av ledermateriale, dets dimensjoner og omgivelsestemperatur på verdien av elektrisk motstand
Motstanden til forskjellige ledere avhenger av materialet de er laget av. For å karakterisere elektrisk motstand ulike materialer begrepet såkalt resistivitet ble introdusert.
Resistivitet er motstanden til en leder med en lengde på 1 m og et tverrsnittsareal på 1 mm2. Resistivitet er angitt med bokstaven p i det greske alfabetet. Hvert materiale som en leder er laget av har sin egen resistivitet.
For eksempel er resistiviteten til kobber 0,017, det vil si at en kobberleder med en lengde på 1 m og et tverrsnitt på 1 mm2 har en motstand på 0,017 ohm. Resistiviteten til aluminium er 0,03, resistiviteten til jern er 0,12, resistiviteten til konstantan er 0,48, resistiviteten til nikrom er 1-1,1.
Motstanden til en leder er direkte proporsjonal med dens lengde, dvs. jo lengre lederen er, desto større er dens elektriske motstand.
Motstanden til en leder er omvendt proporsjonal med dens tverrsnittsareal, dvs. jo tykkere lederen er, desto lavere motstand, og omvendt, jo tynnere lederen er, desto større motstand.
For bedre å forstå dette forholdet, se for deg to par med kommunikerende kar, med ett par kar som har et tynt forbindelsesrør, og det andre har et tykt. Det er klart at når et av karene (hvert par) er fylt med vann, vil overføringen til det andre karet gjennom et tykt rør skje mye raskere enn gjennom et tynt rør, dvs. et tykt rør vil ha mindre motstand mot strømmen. av vann. På samme måte er det lettere for elektrisk strøm å passere gjennom en tykk leder enn gjennom en tynn, det vil si at den første gir den mindre motstand enn den andre.
Den elektriske motstanden til en leder er lik resistiviteten til materialet som lederen er laget av, multiplisert med lengden på lederen og delt på lederens tverrsnittsareal:
R = р l/S,
Hvor - R er motstanden til lederen, ohm, l er lengden på lederen i m, S er tverrsnittsarealet til lederen, mm 2.
Tverrsnittsareal av en rund leder beregnet med formelen:
S = π d 2 / 4
Hvor π - konstant, lik 3,14; d er diameteren på lederen.
Og dette er hvordan lengden på lederen bestemmes:
l = S R / p,
Denne formelen gjør det mulig å bestemme lengden på lederen, dens tverrsnitt og resistivitet, hvis de andre mengdene som er inkludert i formelen er kjent.
Hvis det er nødvendig å bestemme tverrsnittsarealet til lederen, tar formelen følgende form:
S = р l / R
Ved å transformere den samme formelen og løse likheten med hensyn til p, finner vi resistiviteten til lederen:
R = R S / l
Den siste formelen må brukes i tilfeller der lederens motstand og dimensjoner er kjent, men hvor materialet er ukjent og dessuten vanskelig å bestemme vha. utseende. For å gjøre dette må du bestemme lederens resistivitet og ved å bruke tabellen finne et materiale som har en slik resistivitet.
En annen grunn som påvirker motstanden til ledere er temperatur.
Det har blitt fastslått at med økende temperatur øker motstanden til metallledere, og med synkende temperatur avtar den. Denne økningen eller reduksjonen i motstand for rene metallledere er nesten den samme og er i gjennomsnitt 0,4 % per 1°C. Motstanden til væskeledere og karbon avtar med økende temperatur.
Den elektroniske teorien om stoffets struktur gir følgende forklaring på økningen i motstanden til metallledere med økende temperatur. Ved oppvarming mottar lederen Termisk energi, som uunngåelig overføres til alle atomer i stoffet, som et resultat av at intensiteten av deres bevegelse øker. Den økte bevegelsen av atomer skaper større motstand mot retningsbevegelsen til frie elektroner, og det er grunnen til at motstanden til lederen øker. Med en nedgang i temperaturen, Bedre forhold for retningsbestemt bevegelse av elektroner, og motstanden til lederen avtar. Dette forklarer interessant fenomen - superledning av metaller.
Superledningsevne, det vil si en reduksjon i motstanden til metaller til null, skjer ved en enorm negativ temperatur - 273 ° C, kalt absolutt null. Ved en temperatur absolutt null metallatomene ser ut til å fryse på plass, uten i det hele tatt å forstyrre elektronenes bevegelse.
Uten å være sikker grunnleggende kunnskap om elektrisitet er det vanskelig å forestille seg hvordan de fungerer elektriske enheter, hvorfor fungerer de i det hele tatt, hvorfor må du koble til TV-en for at den skal fungere, men en lommelykt trenger bare et lite batteri for å skinne i mørket.
Og så vil vi forstå alt i rekkefølge.
Elektrisitet
Elektrisitet- Dette et naturfenomen, bekrefter eksistensen, interaksjonen og bevegelsen av elektriske ladninger. Elektrisitet ble først oppdaget tilbake på 700-tallet f.Kr. Den greske filosofen Thales. Thales la merke til at hvis et ravstykke gnis på ull, begynner det å tiltrekke seg lette gjenstander. Rav på gammelgresk er elektron.
Slik ser jeg for meg at Thales sitter og gnir et ravstykke på himation (dette er ullyttertøyet til de gamle grekerne), og så med et forundret blikk ser han på mens hår, trådrester, fjær og papirlapper tiltrekkes til rav.
Dette fenomenet kalles statisk elektrisitet . Du kan gjenta denne opplevelsen. For å gjøre dette, gni en vanlig plastlinjal grundig med en ullklut og ta den med til de små papirbitene.
Det er verdt å merke seg at i lang tid dette fenomenet er ikke studert. Og først i 1600, i sitt essay "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet - the Earth," introduserte den engelske naturforskeren William Gilbert begrepet elektrisitet. I sitt arbeid beskrev han sine eksperimenter med elektrifiserte objekter, og slo også fast at andre stoffer kan bli elektrifiserte.
Deretter, i løpet av tre århundrer, de mest avanserte verdens vitenskapsmenn De studerer elektrisitet, skriver avhandlinger, formulerer lover, oppfinner elektriske maskiner, og først i 1897 oppdager Joseph Thomson den første materielle bæreren av elektrisitet – elektronet, en partikkel som muliggjør elektriske prosesser i stoffer.
Elektron- Dette elementær partikkel, Det har negativ ladning omtrent lik -1.602·10 -19 Cl (anheng). Utpekt e eller e –.
Spenning
For å få ladede partikler til å bevege seg fra en pol til en annen, er det nødvendig å skape mellom polene potensiell forskjell eller - Spenning. Spenningsenhet – Volt (I eller V). I formler og beregninger er spenning angitt med bokstaven V . For å oppnå en spenning på 1 V, må du overføre en ladning på 1 C mellom polene, mens du gjør 1 J (Joule) arbeid.
For klarhetens skyld, se for deg en vanntank plassert i en viss høyde. Det kommer et rør ut av tanken. Vann under naturlig trykk forlater tanken gjennom et rør. La oss bli enige om at vann er det elektrisk ladning, høyden på vannsøylen (trykket) er Spenning, og hastigheten på vannstrømmen er elektrisitet.
Dermed enn mer vann i tanken, jo høyere trykk. På samme måte fra et elektrisk synspunkt, jo større ladning, jo høyere spenning.
La oss begynne å tømme vannet, trykket vil avta. De. Ladenivået synker - spenningen synker. Dette fenomenet kan observeres i en lommelykt; lyspæren blir svakere når batteriene lades ut. Vær oppmerksom på at jo lavere vanntrykk (spenning), jo lavere vannføring (strøm).
Elektrisitet
Elektrisitet- Dette fysisk prosess retningsbestemt bevegelse av ladede partikler under påvirkning elektromagnetisk felt fra den ene polen i en lukket elektrisk krets til den andre. Ladningsbærende partikler kan omfatte elektroner, protoner, ioner og hull. Uten en lukket krets er ingen strøm mulig. Partikler som er i stand til å transportere elektriske ladninger finnes ikke i alle stoffer, kalles de de finnes i konduktører Og halvledere. Og stoffer der det ikke er slike partikler - dielektrikum.
Nåværende enhet – Ampere (EN). I formler og beregninger er strømstyrke angitt med bokstaven Jeg . En strøm på 1 Ampere genereres når en ladning på 1 Coulomb (6.241·10 18 elektroner) passerer gjennom et punkt i en elektrisk krets på 1 sekund.
La oss se igjen på vår vann-elektrisitet-analogi. La oss først nå ta to tanker og fylle dem like mye vann. Forskjellen mellom tankene er diameteren på utløpsrøret.
La oss åpne kranene og sørge for at vannstrømmen fra venstre tank er større (diameteren på røret er større) enn fra høyre. Denne erfaringen er et klart bevis på avhengigheten av strømningshastighet på rørdiameter. La oss nå prøve å utjevne de to strømmene. For å gjøre dette, tilsett vann (lading) til høyre tank. Dette vil gi mer trykk (spenning) og øke strømningshastigheten (strøm). I en elektrisk krets spilles rørdiameteren av motstand.
Forsøkene som er utført viser tydelig sammenhengen mellom Spenning, elektrisk støt Og motstand. Vi skal snakke mer om motstand litt senere, men nå noen flere ord om egenskapene til elektrisk strøm.
Hvis spenningen ikke endrer polariteten, pluss til minus, og strømmen flyter i én retning, er dette D.C. og tilsvarende konstant trykk . Hvis spenningskilden endrer polaritet og strømmen flyter først i den ene retningen, så i den andre, er dette allerede vekselstrøm Og AC spenning . Maksimal og minimumsverdier(angitt på grafen som Io ) - Dette amplitude eller toppverdier strømstyrke. I hjemmeuttak endrer spenningen polaritet 50 ganger i sekundet, dvs. strømmen svinger her og der, det viser seg at frekvensen til disse svingningene er 50 Hertz, eller 50 Hz for kort. I noen land, for eksempel i USA, er frekvensen 60 Hz.
Motstand
Elektrisk motstand – fysisk mengde, som bestemmer egenskapen til en leder for å hindre (motstå) passering av strøm. Motstandsenhet – Ohm(betegnet Ohm eller Gresk bokstav omega Ω ). I formler og beregninger er motstand angitt med bokstaven R . En leder har en motstand på 1 ohm til polene som påføres en spenning på 1 V og en strøm på 1 A flyter.
Ledere leder strømmen annerledes. Deres ledningsevne avhenger først og fremst av materialet til lederen, så vel som av tverrsnittet og lengden. Jo større tverrsnitt, jo høyere ledningsevne, men jo lengre lengde, jo lavere ledningsevne. Motstand er det omvendte begrepet konduktivitet.
Ved å bruke rørleggermodellen som eksempel, kan motstand representeres som rørets diameter. Jo mindre den er, jo dårligere ledningsevne og jo høyere motstand.
Motstanden til en leder manifesterer seg for eksempel i oppvarmingen av lederen når det går strøm gjennom den. Dessuten, jo større strømmen og jo mindre tverrsnitt av lederen, desto sterkere er oppvarmingen.
Makt
Elektrisk energi er en fysisk størrelse som bestemmer hastigheten for strømkonvertering. Du har for eksempel hørt mer enn én gang: "en lyspære er så mange watt." Dette er strømmen som forbrukes av lyspæren per tidsenhet under drift, dvs. konvertere en type energi til en annen med en viss hastighet.
Elektrisitetskilder, som generatorer, er også preget av kraft, men allerede generert per tidsenhet.
Kraftenhet - Watt(betegnet W eller W). I formler og beregninger er kraft angitt med bokstaven P . For kjeder vekselstrøm begrepet brukt Full kraft , enhet - Volt-ampere (VA eller V·A), angitt med bokstaven S .
Og til slutt ca Elektrisk krets . Denne kjeden representerer et visst sett med elektriske komponenter som er i stand til å lede elektrisk strøm og kobles sammen tilsvarende.
Det vi ser på dette bildet er en grunnleggende elektrisk enhet (lommelykt). Under spenning U(B) en kilde til elektrisitet (batterier) gjennom ledere og andre komponenter som har forskjellige motstander 4,59 (220 stemmer)