กฎฟิสิกส์แห่งความต้านทาน ความต้านทานไฟฟ้า

ไซต์นี้ไม่สามารถทำได้หากไม่มีบทความเกี่ยวกับการต่อต้าน ไม่มีทาง! มีแนวคิดพื้นฐานที่สุดในด้านอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งก็คือ ทรัพย์สินทางกายภาพ- คุณคงรู้จักเพื่อนเหล่านี้อยู่แล้ว:

ความต้านทานคือความสามารถของวัสดุในการรบกวนการไหลของอิเล็กตรอน ดูเหมือนว่าวัสดุจะต้านทาน ขัดขวางการไหลนี้ เหมือนใบเรือของเรือรบที่ต้านลมแรง!

ในโลกนี้ เกือบทุกอย่างมีความสามารถในการต้านทาน อากาศต้านทานการไหลของอิเล็กตรอน น้ำก็ต้านทานการไหลของอิเล็กตรอนเช่นกัน แต่พวกมันก็ยังทะลุผ่านได้ สายทองแดงยังต้านทานการไหลของอิเล็กตรอน แต่เกียจคร้าน ดังนั้นพวกเขาจึงรับมือกับกระแสแบบนี้ได้ดีมาก

มีเพียงตัวนำยิ่งยวดเท่านั้นที่ไม่มีความต้านทาน แต่นั่นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง เนื่องจากพวกมันไม่มีความต้านทาน เราจึงไม่สนใจพวกมันในปัจจุบัน

โดยวิธีการไหลของอิเล็กตรอนนั้น กระแสไฟฟ้า- คำจำกัดความที่เป็นทางการนั้นดูโอ้อวดมากกว่า ดังนั้นให้ค้นหาด้วยตัวคุณเองในหนังสือที่แห้งแล้งไม่แพ้กัน

ใช่แล้ว อิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ความแรงของปฏิกิริยาดังกล่าววัดเป็นโวลต์และเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า คุณบอกฉันได้ไหมว่าอะไรฟังดูแปลก ๆ ? ไม่มีอะไรแปลก อิเล็กตรอนถูกทำให้เครียดและเคลื่อนอิเล็กตรอนตัวอื่นด้วยแรง เรียบง่ายหน่อยแต่หลักการพื้นฐานชัดเจน

มันยังคงพูดถึงอำนาจ กำลังคือเมื่อกระแส แรงดัน และความต้านทานมารวมกันที่โต๊ะเดียวกันและเริ่มทำงาน จากนั้นพลังจะปรากฏขึ้น - พลังงานที่อิเล็กตรอนสูญเสียเมื่อผ่านการต้านทาน อนึ่ง:

ฉัน = U/RP = U * I

ตัวอย่างเช่น คุณมีหลอดไฟขนาด 60 วัตต์พร้อมสายไฟ คุณเสียบเข้ากับเต้ารับ 220V อะไรต่อไป? หลอดไฟมีความต้านทานต่อการไหลของอิเล็กตรอนที่มีศักยภาพ 220V หากมีการต่อต้านน้อยเกินไป บูม มันก็จะไหม้ ถ้ามันใหญ่เกินไป เส้นใยก็จะเรืองแสงสีจางๆ เลย แต่หาก "ถูกต้อง" หลอดไฟก็จะกินไฟ 60 วัตต์ และเปลี่ยนพลังงานนี้เป็นแสงสว่างและความร้อน

มันอบอุ่น ผลข้างเคียงและเรียกว่า "การสูญเสีย" ของพลังงาน เนื่องจากแทนที่จะส่องสว่างมากขึ้น หลอดไฟจะใช้พลังงานในการให้ความร้อน ใช้หลอดประหยัดไฟ! อย่างไรก็ตามลวดยังมีความต้านทานและหากการไหลของอิเล็กตรอนมากเกินไปก็จะร้อนขึ้นถึงอุณหภูมิที่เห็นได้ชัดเจน คุณสามารถแนะนำให้อ่านหมายเหตุว่าทำไมจึงใช้สายไฟฟ้าแรงสูงได้ที่นี่

ฉันแน่ใจว่าคุณเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับการต่อต้านแล้ว ในเวลาเดียวกัน เราไม่ได้ลงรายละเอียด เช่น ความต้านทานของวัสดุและสูตรต่างๆ เช่น

ที่ไหน ρ - ความต้านทานสารตัวนำ, โอห์ม m, ล— ความยาวตัวนำ, m, a ส— พื้นที่หน้าตัด, ตร.ม.

ภาพเคลื่อนไหวบางส่วนเพื่อทำให้ภาพสมบูรณ์

และเป็นที่ชัดเจนว่าการไหลของอิเล็กตรอนจะแปรผันอย่างไรขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวนำและความหนาของตัวนำ

แนวคิดเรื่องความต้านทานไฟฟ้าและการนำไฟฟ้า

ร่างกายใดก็ตามที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะมีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้านั้น คุณสมบัติของวัสดุตัวนำที่ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า

ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์สิ่งนี้จะอธิบายสาระสำคัญของความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำโลหะ เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ จะพบกับอะตอมและอิเล็กตรอนอื่น ๆ ระหว่างทางนับครั้งไม่ถ้วนและเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันก็จะสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อิเล็กตรอนมีความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของพวกมัน ตัวนำโลหะต่าง ๆ มีความแตกต่างกัน โครงสร้างอะตอมมีความต้านทานกระแสไฟฟ้าต่างกัน

สิ่งเดียวกันนี้อธิบายถึงความต้านทานของตัวนำของเหลวและก๊าซต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน อย่างไรก็ตามเราไม่ควรลืมว่าในสารเหล่านี้ไม่ใช่อิเล็กตรอน แต่เป็นอนุภาคที่มีประจุของโมเลกุลที่เผชิญกับความต้านทานระหว่างการเคลื่อนที่

การต่อต้านแสดงด้วยตัวอักษรละติน R หรือ r

ความต้านทานไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโอห์ม

โอห์มคือความต้านทานของคอลัมน์ปรอทสูง 106.3 ซม. โดยมีหน้าตัด 1 mm2 ที่อุณหภูมิ 0° C

ตัวอย่างเช่นหากความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำคือ 4 โอห์มก็จะมีการเขียนดังนี้: R = 4 โอห์มหรือ r = 4 โอห์ม

สำหรับการวัดความต้านทาน ขนาดใหญ่หน่วยที่ใช้เรียกว่าเมกะโอห์ม

หนึ่งเมกะโอห์มเท่ากับหนึ่งล้านโอห์ม

ยิ่งตัวนำมีความต้านทานมากเท่าไรก็ยิ่งนำกระแสไฟฟ้าได้แย่ลงเท่านั้นและในทางกลับกันก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น ความต้านทานน้อยลงตัวนำ ยิ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำนั้นได้ง่ายกว่า

ดังนั้นเพื่อกำหนดลักษณะของตัวนำ (จากมุมมองของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน) เราสามารถพิจารณาไม่เพียง แต่ความต้านทานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความต้านทานกลับของความต้านทานและเรียกว่าการนำไฟฟ้าด้วย

การนำไฟฟ้าคือความสามารถของวัสดุในการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านตัวมันเอง

เนื่องจากการนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน จึงแสดงเป็น 1/R ซึ่งหมายถึงการนำไฟฟ้า อักษรละตินก.

อิทธิพลของวัสดุตัวนำ ขนาด และอุณหภูมิโดยรอบต่อค่าความต้านทานไฟฟ้า

ความต้านทานของตัวนำต่างๆขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำ เพื่อกำหนดลักษณะความต้านทานไฟฟ้า วัสดุต่างๆได้นำเสนอแนวคิดที่เรียกว่า ความต้านทาน.

ความต้านทานเรียกว่า ความต้านทานของตัวนำที่มีความยาว 1 เมตร และพื้นที่ ภาพตัดขวาง 1 มม.2 ความต้านทานจะแสดงด้วยตัวอักษร p ของอักษรกรีก วัสดุแต่ละชนิดที่ใช้ทำตัวนำมีความต้านทานของตัวเอง

ตัวอย่างเช่น ความต้านทานของทองแดงคือ 0.017 เช่น ตัวนำทองแดงที่มีความยาว 1 ม. และหน้าตัด 1 mm2 มีความต้านทาน 0.017 โอห์ม ความต้านทานของอลูมิเนียมคือ 0.03 ความต้านทานของเหล็กคือ 0.12 ความต้านทานของคอนสแตนตันคือ 0.48 ความต้านทานของนิกโครมคือ 1-1.1

ความต้านทานของตัวนำจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำ กล่าวคือ ยิ่งตัวนำยาวเท่าใด ความต้านทานไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความต้านทานของตัวนำจะแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของมัน กล่าวคือ ยิ่งตัวนำหนาเท่าไร ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลง และในทางกลับกัน ยิ่งตัวนำยิ่งบางลง ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

เพื่อให้เข้าใจความสัมพันธ์นี้ได้ดีขึ้น ลองจินตนาการถึงภาชนะสองคู่ที่เชื่อมต่อกัน โดยคู่หนึ่งมีท่อเชื่อมต่อแบบบาง และอีกคู่มีท่อที่หนา เห็นได้ชัดว่าเมื่อน้ำในภาชนะใบหนึ่ง (แต่ละคู่) เต็มไปด้วยน้ำ การถ่ายเทน้ำไปยังภาชนะอีกใบผ่านท่อหนาจะเกิดขึ้นเร็วกว่าการใช้ท่อบางมาก กล่าวคือ ท่อหนาจะมีความต้านทานต่อการไหลน้อยกว่ามาก ของน้ำ ในทำนองเดียวกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวนำที่หนาได้ง่ายกว่าผ่านตัวนำที่บาง เช่น อันแรกมีความต้านทานน้อยกว่าตัวที่สอง

ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำมีค่าเท่ากับความต้านทานของวัสดุที่ใช้ทำตัวนำคูณด้วยความยาวของตัวนำและหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ:

R = р ลิตร/S,

ที่ไหน - R คือความต้านทานของตัวนำ, โอห์ม, l คือความยาวของตัวนำในหน่วย m, S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ, mm 2

พื้นที่หน้าตัดของตัวนำทรงกลมคำนวณโดยสูตร:

ส = π ง 2/4

ที่ไหน π - คงที่เท่ากับ 3.14; d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำ

และนี่คือวิธีกำหนดความยาวของตัวนำ:

ล. = ส ร / พี

สูตรนี้ทำให้สามารถกำหนดความยาวของตัวนำ หน้าตัด และความต้านทานไฟฟ้าได้ หากทราบปริมาณอื่นๆ ที่รวมอยู่ในสูตร

หากจำเป็นต้องกำหนดพื้นที่หน้าตัดของตัวนำสูตรจะอยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

S = р ลิตร / อาร์

การแปลงสูตรเดียวกันและแก้ความเท่าเทียมกันด้วยความเคารพต่อ p เราจะพบความต้านทานของตัวนำ:

ร = อาร์ ส / ลิตร

ต้องใช้สูตรสุดท้ายในกรณีที่ทราบความต้านทานและขนาดของตัวนำ แต่ไม่ทราบวัสดุและยิ่งไปกว่านั้นยากที่จะกำหนดโดย รูปร่าง- ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องกำหนดความต้านทานของตัวนำและค้นหาวัสดุที่มีความต้านทานดังกล่าวโดยใช้ตาราง

อีกเหตุผลที่ส่งผลต่อความต้านทานของตัวนำก็คืออุณหภูมิ

เป็นที่ยอมรับกันว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวนำโลหะจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลงก็จะลดลง ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงสำหรับตัวนำโลหะบริสุทธิ์นี้เกือบจะเท่ากันและเฉลี่ย 0.4% ต่อ 1°C ความต้านทานของตัวนำของเหลวและคาร์บอนลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างของสสารให้คำอธิบายต่อไปนี้สำหรับการเพิ่มความต้านทานของตัวนำโลหะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่อถูกความร้อนตัวนำจะได้รับ พลังงานความร้อนซึ่งถูกส่งไปยังอะตอมทั้งหมดของสสารอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้อันเป็นผลมาจากความรุนแรงของการเคลื่อนที่ของพวกมันเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ที่เพิ่มขึ้นของอะตอมจะสร้างความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอนอิสระมากขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ความต้านทานของตัวนำเพิ่มขึ้น ด้วยอุณหภูมิที่ลดลง เงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอนและความต้านทานของตัวนำลดลง สิ่งนี้จะอธิบาย ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ - ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของโลหะ.

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดนั่นคือความต้านทานของโลหะลดลงเป็นศูนย์เกิดขึ้นที่อุณหภูมิลบมาก - 273 ° C เรียกว่า ศูนย์สัมบูรณ์- ที่อุณหภูมิ ศูนย์สัมบูรณ์อะตอมของโลหะดูเหมือนจะแข็งตัวอยู่กับที่ โดยไม่รบกวนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเลย

กฎของโอห์มเป็นกฎพื้นฐานของวงจรไฟฟ้า ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้เราสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติมากมายได้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถเข้าใจได้ว่าเหตุใดไฟฟ้าจึงไม่ "โดน" นกที่เกาะอยู่บนสายไฟ สำหรับฟิสิกส์ กฎของโอห์มมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากไม่มีความรู้ของเขา คงเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างวงจรไฟฟ้าที่เสถียรหรือจะไม่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เลย

การพึ่งพา I = I(U) และความหมายของมัน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบความต้านทานของวัสดุมีความสัมพันธ์โดยตรงกับลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน มันคืออะไร? ลองใช้วงจรที่มีกระแสไฟฟ้าคงที่แล้วพิจารณาองค์ประกอบใด ๆ ของมัน: โคมไฟ, ท่อแก๊ส, ตัวนำโลหะ, ขวดอิเล็กโทรไลต์ ฯลฯ

โดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า U (มักแสดงเป็น V) ที่จ่ายให้กับองค์ประกอบที่เป็นปัญหา เราจะตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของความแรงของกระแส (I) ที่ไหลผ่าน เป็นผลให้เราได้รับการพึ่งพารูปแบบ I = I (U) ซึ่งเรียกว่า "คุณลักษณะโวลต์แอมแปร์ขององค์ประกอบ" และเป็นตัวบ่งชี้โดยตรงของคุณสมบัติทางไฟฟ้าของมัน

คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันอาจแตกต่างกันไป องค์ประกอบต่างๆ- รูปแบบที่ง่ายที่สุดได้มาจากการตรวจสอบตัวนำโลหะ ซึ่งเป็นสิ่งที่ Georg Ohm (1789 - 1854) ทำ

ลักษณะแรงดันกระแสคือ การพึ่งพาเชิงเส้น- ดังนั้นกราฟจึงเป็นเส้นตรง

กฎหมายในรูปแบบที่เรียบง่าย

การศึกษาของโอห์มเกี่ยวกับคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของตัวนำแสดงให้เห็นว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าภายในตัวนำโลหะเป็นสัดส่วนกับความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลาย (I ~ U) และเป็นสัดส่วนผกผันกับสัมประสิทธิ์ที่แน่นอน นั่นคือ I ~ 1/R ค่าสัมประสิทธิ์นี้เรียกว่า "ความต้านทานของตัวนำ" และหน่วยวัดความต้านทานไฟฟ้าคือ โอห์ม หรือ V/A

อีกสิ่งหนึ่งที่น่าสังเกตก็คือสิ่งนี้ กฎของโอห์มมักใช้ในการคำนวณความต้านทานในวงจร

คำชี้แจงของกฎหมาย

กฎของโอห์มบอกว่าความแรงกระแส (I) ของส่วนหนึ่งของวงจรเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าในส่วนนี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทาน

ควรสังเกตว่าในรูปแบบนี้กฎหมายยังคงเป็นจริงสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของห่วงโซ่เท่านั้น เนื้อเดียวกันคือส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าที่ไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า วิธีใช้กฎของโอห์มในวงจรที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะกล่าวถึงด้านล่าง

ต่อมาได้มีการทดลองว่ากฎหมายยังคงใช้ได้กับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในวงจรไฟฟ้า

ความหมายทางกายภาพของการต่อต้าน

ความต้านทานเป็นคุณสมบัติของวัสดุ สาร หรือตัวกลางในการป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ในเชิงปริมาณ ความต้านทาน 1 โอห์ม หมายความว่าตัวนำที่มีแรงดันไฟฟ้า 1 V ที่ปลายสามารถส่งกระแสไฟฟ้า 1 A ได้

ความต้านทานไฟฟ้า

วิธีการทดลองพบว่าความต้านทานของกระแสไฟฟ้าของตัวนำขึ้นอยู่กับขนาด: ความยาว, ความกว้าง, ความสูง และยังรวมถึงรูปร่าง (ทรงกลม, ทรงกระบอก) และวัสดุที่ใช้ทำอีกด้วย ดังนั้น สูตรความต้านทาน เช่น ตัวนำทรงกระบอกที่เป็นเนื้อเดียวกันจะเป็น: R = p*l/S

หากในสูตรนี้เราใส่ s = 1 m 2 และ l = 1 m ดังนั้น R จะเท่ากับตัวเลขใน p จากที่นี่ หน่วยการวัดสำหรับค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของตัวนำใน SI จะถูกคำนวณ - นี่คือโอห์ม*ม.

ในสูตรความต้านทาน p คือค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานที่กำหนดโดย คุณสมบัติทางเคมีวัสดุที่ใช้ทำตัวนำ

ในการพิจารณารูปแบบอนุพันธ์ของกฎของโอห์ม จำเป็นต้องพิจารณาแนวคิดเพิ่มเติมหลายประการ

ดังที่ทราบกันดีว่ากระแสไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุอย่างเข้มงวด ตัวอย่างเช่น ในโลหะ ตัวพากระแสไฟฟ้าคืออิเล็กตรอน และในการนำก๊าซ สารพาหะคือไอออน

ลองใช้กรณีเล็กน้อยเมื่อพาหะปัจจุบันทั้งหมดเป็นเนื้อเดียวกัน - ตัวนำโลหะ ให้เราเลือกปริมาตรที่น้อยที่สุดในตัวนำนี้ในใจและแสดงด้วยความเร็วเฉลี่ย (ดริฟท์, เรียงลำดับ) ของอิเล็กตรอนในปริมาตรนี้ ต่อไป ให้ n แสดงถึงความเข้มข้นของพาหะปัจจุบันต่อหน่วยปริมาตร

ตอนนี้เรามาใช้จ่ายอย่างไม่มีที่สิ้นสุด พื้นที่ขนาดเล็ก dS ตั้งฉากกับเวกเตอร์ u และสร้างทรงกระบอกขนาดเล็กตามความเร็วด้วยความสูง u*dt โดยที่ dt หมายถึงเวลาที่ตัวพาความเร็วปัจจุบันทั้งหมดที่มีอยู่ในปริมาตรที่พิจารณาจะผ่านพื้นที่ dS

ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะถ่ายโอนประจุผ่านพื้นที่เท่ากับ q = n*e*u*dS*dt โดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน ดังนั้น ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าจึงเป็นเวกเตอร์ j = n*e*u ซึ่งแสดงถึงปริมาณประจุที่ถ่ายโอนต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน่วย

ข้อดีประการหนึ่ง คำจำกัดความที่แตกต่างกันกฎของโอห์มคือคุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องคำนวณความต้านทาน

ค่าไฟฟ้า. ความแรงของสนามไฟฟ้า

ความแรงของสนามไฟฟ้าพร้อมกับประจุไฟฟ้าเป็นตัวแปรพื้นฐานในทฤษฎีไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถหาแนวคิดเชิงปริมาณได้จาก การทดลองง่ายๆให้กับเด็กนักเรียนได้

เพื่อความง่ายในการให้เหตุผล เราจะพิจารณาสนามไฟฟ้าสถิต นี่คือสนามไฟฟ้าที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา สนามดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นได้จากประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง

ค่าธรรมเนียมการทดสอบยังจำเป็นสำหรับวัตถุประสงค์ของเราด้วย เราจะใช้วัตถุที่มีประจุตามที่มัน - มีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถก่อให้เกิดการรบกวนใดๆ (การกระจายประจุใหม่) ในวัตถุที่อยู่รอบๆ

ให้เราพิจารณาประจุทดสอบที่ได้รับมาสองครั้งตามลำดับ โดยวางไว้ที่จุดหนึ่งในอวกาศภายใต้อิทธิพล สนามไฟฟ้าสถิต- ปรากฎว่าข้อกล่าวหาจะมีอิทธิพลอย่างต่อเนื่องต่อส่วนของเขาเมื่อเวลาผ่านไป ให้ F 1 และ F 2 เป็นแรงที่กระทำต่อประจุ

จากการสรุปข้อมูลการทดลองโดยทั่วไป พบว่าแรง F 1 และ F 2 มีทิศทางไปทางใดทางหนึ่งหรือใน ฝั่งตรงข้ามและอัตราส่วน F 1 /F 2 ไม่ขึ้นอยู่กับจุดในอวกาศที่ประจุทดสอบสลับกัน ดังนั้นอัตราส่วน F 1 / F 2 จึงเป็นลักษณะเฉพาะของประจุเองเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับในทางใดทางหนึ่งบนสนาม

กำลังเปิด ข้อเท็จจริงนี้ทำให้สามารถระบุลักษณะการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายได้และต่อมาถูกเรียกว่าประจุไฟฟ้า ดังนั้น ตามคำจำกัดความ ปรากฎว่า q 1 /q 2 = F 1 /F 2 โดยที่ q 1 และ q 2 คือขนาดของประจุที่จุดหนึ่งของสนาม และ F 1 และ F 2 คือแรงที่กระทำการ ในข้อหาจากสนาม

จากการพิจารณาที่คล้ายกัน จึงได้ทดลองสร้างประจุของอนุภาคต่างๆ โดยการใส่ค่าทดสอบอย่างมีเงื่อนไขลงในอัตราส่วน เท่ากับหนึ่งคุณสามารถคำนวณขนาดของประจุอื่นได้โดยการวัดอัตราส่วน F 1 / F 2

สนามไฟฟ้าใดๆ สามารถกำหนดลักษณะได้ด้วยประจุที่ทราบ ดังนั้นแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบหนึ่งหน่วยที่อยู่นิ่งจึงเรียกว่าแรงดึง สนามไฟฟ้าและเขียนแทนด้วย E จากนิยามของประจุ เราพบว่าเวกเตอร์ความเข้มมี มุมมองถัดไป: E = F/q

ความสัมพันธ์ระหว่างเวกเตอร์ j และ E กฎของโอห์มอีกรูปแบบหนึ่ง

โปรดทราบว่าคำจำกัดความของความต้านทานต่อกระบอกสูบสามารถสรุปได้ทั่วไปกับสายไฟที่ประกอบด้วยวัสดุชนิดเดียวกัน ในกรณีนี้พื้นที่หน้าตัดจากสูตรความต้านทานจะเท่ากับหน้าตัดของเส้นลวดและ l คือความยาวของเส้นลวด

- ปริมาณไฟฟ้าที่แสดงคุณลักษณะของวัสดุเพื่อป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้า ความต้านทานอาจมีแนวโน้มเป็นศูนย์ - น้อยที่สุด (มิลลิโอห์ม/ไมโครโอห์ม - ตัวนำ โลหะ) หรือมีขนาดใหญ่มาก (กิกะโอห์ม - ฉนวน ไดอิเล็กทริก) ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ ส่วนกลับของความต้านทานไฟฟ้าคือ

หน่วยวัดความต้านทานไฟฟ้า - โอห์ม- ถูกกำหนดโดยตัวอักษร R พิจารณาการพึ่งพาความต้านทานของกระแสในวงจรปิด

โอห์มมิเตอร์- อุปกรณ์สำหรับ การวัดโดยตรงความต้านทานของวงจร ขึ้นอยู่กับช่วงของค่าที่วัดได้ แบ่งออกเป็นกิกะโอห์มมิเตอร์ (สำหรับความต้านทานขนาดใหญ่ - เมื่อวัดฉนวน) และไมโคร/มิลลิโอห์มมิเตอร์ (สำหรับความต้านทานขนาดเล็ก - เมื่อวัดความต้านทานการเปลี่ยนแปลงของหน้าสัมผัส ขดลวดมอเตอร์ ฯลฯ)

มีโอห์มมิเตอร์หลายประเภทตามการออกแบบจากผู้ผลิตหลายราย ตั้งแต่ระบบเครื่องกลไฟฟ้าไปจนถึงไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เป็นที่น่าสังเกตว่าโอห์มมิเตอร์แบบคลาสสิกจะวัดส่วนที่ใช้งานของความต้านทาน (เรียกว่าโอห์ม)

ความต้านทานใดๆ (โลหะหรือสารกึ่งตัวนำ) ในวงจร เครื่องปรับอากาศมีองค์ประกอบที่ทำงานและเกิดปฏิกิริยา ผลรวมของความต้านทานแบบแอคทีฟและรีแอกทีฟคือ ความต้านทานของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและคำนวณโดยสูตร:

โดยที่ Z คือความต้านทานรวมของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

R คือความต้านทานเชิงแอคทีฟของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

Xc คือค่ารีแอกแตนซ์ของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

(C - ความจุ, w - ความเร็วเชิงมุมเครื่องปรับอากาศ)

Xl คือปฏิกิริยารีแอคทีฟของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

(L คือการเหนี่ยวนำ w คือความเร็วเชิงมุมของกระแสสลับ)

ความต้านทานแบบแอคทีฟ- นี่เป็นส่วนหนึ่งของความต้านทานรวมของวงจรไฟฟ้าซึ่งพลังงานจะถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่นโดยสมบูรณ์ (เครื่องกล, เคมี, ความร้อน) คุณสมบัติที่โดดเด่นองค์ประกอบที่ใช้งานคือการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดโดยสมบูรณ์ (พลังงานจะไม่ถูกส่งกลับไปยังเครือข่าย) และรีแอกแทนซ์จะส่งคืนพลังงานส่วนหนึ่งกลับไปยังเครือข่าย ( คุณสมบัติเชิงลบองค์ประกอบที่เกิดปฏิกิริยา)

ความหมายทางกายภาพของการต่อต้านแบบแอคทีฟ

แต่ละสภาพแวดล้อมที่มีประจุไฟฟ้าผ่านไปจะสร้างสิ่งกีดขวางในเส้นทางของมัน (เชื่อกันว่าสิ่งเหล่านี้คือโหนดของโครงตาข่ายคริสตัล) ซึ่งดูเหมือนว่าพวกมันจะชนและสูญเสียพลังงานซึ่งถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน

จึงมีล้ม (ขาดทุน พลังงานไฟฟ้า) ส่วนหนึ่งหายไปเนื่องจากความต้านทานภายในของตัวกลางนำไฟฟ้า

ค่าตัวเลขที่แสดงถึงความสามารถของวัสดุในการป้องกันการผ่านของประจุเรียกว่าความต้านทาน มีหน่วยวัดเป็นโอห์ม (โอห์ม) และแปรผกผันกับค่าการนำไฟฟ้า

องค์ประกอบเบ็ดเตล็ด ตารางธาตุ Mendeleev มีความต้านทานไฟฟ้า (p) ที่แตกต่างกัน เช่น มีค่าน้อยที่สุด เงิน (0.016 Ohm*mm2/m), ทองแดง (0.0175 Ohm*mm2/m), ทอง (0.023) และอลูมิเนียม (0.029) มีความต้านทาน ใช้ในอุตสาหกรรมเป็นวัสดุหลักในการสร้างวิศวกรรมไฟฟ้าและพลังงานทั้งหมด ในทางกลับกัน ไดอิเล็กทริกจะมีค่าการกระแทกสูง ความต้านทานและใช้เป็นฉนวน

ความต้านทานของตัวกลางนำไฟฟ้าอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับหน้าตัด อุณหภูมิ ขนาด และความถี่ของกระแส นอกจากนี้ สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันยังมีพาหะประจุที่แตกต่างกัน (อิเล็กตรอนอิสระในโลหะ ไอออนในอิเล็กโทรไลต์ "รู" ในเซมิคอนดักเตอร์) ซึ่งเป็นปัจจัยกำหนดความต้านทาน

ความหมายทางกายภาพของปฏิกิริยา

ในขดลวดและตัวเก็บประจุเมื่อนำไปใช้พลังงานจะสะสมในรูปของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าซึ่งต้องใช้เวลาระยะหนึ่ง

สนามแม่เหล็กในเครือข่ายกระแสสลับจะเปลี่ยนไปตามทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุที่เปลี่ยนไปในขณะที่ให้ความต้านทานเพิ่มเติม

นอกจากนี้เฟสที่เสถียรและการเปลี่ยนแปลงของกระแสจะเกิดขึ้น และทำให้สูญเสียไฟฟ้าเพิ่มเติม

ความต้านทาน

เราจะหาความต้านทานของวัสดุได้อย่างไรหากไม่มีการไหลผ่านและเราไม่มีโอห์มมิเตอร์? มีมูลค่าพิเศษสำหรับสิ่งนี้ - ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุ วี

(นี่คือค่าแบบตารางที่กำหนดเชิงประจักษ์สำหรับโลหะส่วนใหญ่) เมื่อใช้ค่านี้และปริมาณทางกายภาพของวัสดุ เราสามารถคำนวณความต้านทานได้โดยใช้สูตร:

ที่ไหน, พี— ความต้านทาน (หน่วย โอห์ม*ม./มม.2)

l—ความยาวตัวนำ (m);

S - ภาพตัดขวาง (มม. 2)

มีการรวบรวม วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแส ตัวต้านทาน แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ สวิตช์ ก็สามารถแสดงได้ว่า ความแรงในปัจจุบัน (ฉัน ) ที่ไหลผ่านตัวต้านทานจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า ( คุณ ) ที่ส่วนท้าย: ไอ-ยู - อัตราส่วนแรงดันต่อกระแส คุณ/ฉัน -มีปริมาณ คงที่.

จึงมี ปริมาณทางกายภาพระบุคุณสมบัติของตัวนำ (ตัวต้านทาน) ที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ปริมาณนี้เรียกว่า ความต้านทานไฟฟ้าตัวนำหรือเพียงแค่ความต้านทาน การต่อต้านจะแสดงด้วยตัวอักษร ร .

(R) คือปริมาณทางกายภาพ เท่ากับอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า ( คุณ ) ที่ปลายตัวนำจนถึงความแรงของกระแส ( ฉัน ) ในนั้น R = คุณ/ฉัน - หน่วยต้านทาน – โอห์ม (1 โอห์ม).

หนึ่งโอห์ม- ความต้านทานของตัวนำซึ่งกระแสคือ 1A โดยมีแรงดันไฟฟ้าที่ปลาย 1V: 1 โอห์ม = 1 V / 1 A.

เหตุผลที่ตัวนำมีความต้านทานก็คือการเคลื่อนที่ตามทิศทาง ค่าไฟฟ้าในนั้น ป้องกันไอออน ตาข่ายคริสตัล ทำให้เคลื่อนไหวผิดปกติ ดังนั้นความเร็วของการเคลื่อนที่ในทิศทางของประจุจึงลดลง

ความต้านทานไฟฟ้า

ร ) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำ ( ล ) แปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัด ( ส ) และขึ้นอยู่กับวัสดุตัวนำ การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงโดยสูตร: R = p*l/S

ร - นี่คือปริมาณที่แสดงลักษณะของวัสดุที่ใช้ทำตัวนำ มันเรียกว่า ความต้านทานของตัวนำค่าของมันเท่ากับความต้านทานของตัวนำที่มีความยาว 1 มและพื้นที่หน้าตัด 1 ตร.ม.

หน่วยความต้านทานของตัวนำคือ: [p] = 1 0ม. 1 ม. 2 / 1 ม- มักจะวัดพื้นที่หน้าตัดเป็นหน่วย มม. 2ดังนั้นในหนังสืออ้างอิงค่าความต้านทานของตัวนำจะได้รับดังนี้ โอห์ม มดังนั้นใน โอห์ม mm2/m.

คุณสามารถควบคุมกระแสในวงจรได้โดยการเปลี่ยนความยาวของตัวนำและความต้านทานของตัวนำ อุปกรณ์ที่สามารถทำได้เรียกว่า ลิโน่.