Závislost elektrického odporu vodiče na délce

Jednou z fyzikálních vlastností látky je schopnost provádět elektrický proud. Elektrická vodivost (odpor vodiče) závisí na určitých faktorech: délce elektrického obvodu, konstrukční vlastnosti, přítomnost volných elektronů, teplota, proud, napětí, materiál a průřez.

Fyzický význam odporu

Tok elektrického proudu vodičem vede k směrovému pohybu volných elektronů. Přítomnost volných elektronů závisí na samotné látce a je převzata z tabulky DI Mendelejeva, a to z elektronické konfigurace prvku. Elektrony začínají zasahovat krystalová mřížka elementu a přenášet energii druhého. V tomto případě vzniká tepelný efekt, když proud působí na vodič.

V této interakci se zpomalují, ale pak, pod působením elektrického pole, který je urychluje, se začínají pohybovat stejnou rychlostí. Elektrony se srazí mnohokrát. Tento proces se nazývá odpor vodiče.

V důsledku toho je elektrický odpor vodiče fyzikální veličinou charakterizující poměr napětí k proudu.

Co je elektrický odpor: hodnota, která označuje vlastnost fyzického těla, která přeměňuje elektrickou energii na tepelnou energii, díky interakci energie elektronů s krystalovou mříží hmoty. Povaha vodivosti se liší:

1. Vodiče (schopné provádět elektrický proud, jelikož jsou volné elektrony).
2. Polovodiče (mohou provádět elektrický proud, ale za určitých podmínek).
3. Dielektrika nebo izolátory (mají obrovský odpor, neexistují žádné volné elektrony, což znemožňuje jejich proud).

Tato charakteristika je označena písmenem R a měřeno v Ohmech (ohmů). Použití těchto skupin látek je velmi důležité pro vývoj elektrických přístrojových diagramů.

Abychom plně pochopili závislost R na něčem, je třeba věnovat zvláštní pozornost výpočtu tohoto množství.

Výpočet elektrické vodivosti

Pro výpočet R vodičem platí Ohmův zákon, v němž se uvádí: intenzita proudu (I) je přímo úměrná napětí (U) a nepřímo úměrný odporu.

Vzorec pro zjištění vodivosti materiálu R (důsledek Ohmova zákona pro řetězec): R = U / I.

Pro úplnou část obvodu má tento vzorec následující formu: R = (U / I) - Rvn, kde Rνν - vnitřní R napájení.

Vodivost materiálu

Schopnost vodiče přenášet elektrický proud závisí na mnoha faktorech: napětí, proud, délka, plocha průřezu a vodivý materiál, stejně jako teplota okolí.

V elektrotechnice je pro výpočet a výrobu odporů brána v úvahu geometrická část vodiče.

Na kterém závisí odpor: na délce vodiče - l, odpor - p a na ploše průřezu (s poloměrem r) - S = Pi * r * r.

Vzorec R vodiče: R = p * l / S.

Z vzorce je vidět, na co záleží vodivost specifická pro vodiče: R, l, S. Není třeba ji počítat tímto způsobem, protože je mnohem lepší způsob. Specifický odpor lze nalézt v odpovídajících příručkách pro každý typ vodiče (p je fyzikální veličina rovnající se R materiálu o délce 1 metr a průřezu 1 m².

Nicméně tento vzorec nestačí k přesnému výpočtu odporu, takže je použita závislost na teplotě.

Vliv okolní teploty

Je dokázáno, že každá látka má specifický odpor v závislosti na teplotě.

Chcete-li to prokázat, můžete provést následující experiment. Vezměte spirálu z nichromu nebo jakéhokoliv vodiče (vyznačeného na schématu ve tvaru odporu), zdroje energie a normálního ampérmetru (lze jej nahradit žárovkou). Sestavte obvod podle schématu 1.

Schéma 1 - elektrický obvod pro experiment

Je nutné spotřebič napájet a pečlivě sledovat hodnoty ampérmetru. Dále byste měli ohřívat R, aniž byste je vypnuli, a jakmile teplota vzroste, počáteční hodnoty ampérmetrů začnou klesat. Ohmův zákon pro obvodový úsek je vysledován: I = U / R. V tomto případě může být zanedbatelný vnitřní odpor zdroje energie: to neovlivňuje prokázání závislosti R na teplotě. Z toho vyplývá, že existuje teplotní závislost R.

Fyzikální význam růstu hodnoty R je způsoben účinkem teploty na amplitudu oscilace (zvýšení) iontů v krystalové mřížce. V důsledku toho se elektrony sráží častěji a to způsobuje růst R.

Podle vzorce: R = p * l / S, nalezneme tento indikátor závisí na teplotě (S a l nezávisí na teplotě). Zůstává p vodič. Na tomto základě vzorce se získá v závislosti na teplotě: (R - Ro) / R = a * t, kde Ro při teplotě 0 stupňů Celsia, t - okolní teplotě a - úměrnosti (teplotní koeficient).

U kovů je hodnota "a" vždy větší než nula a pro roztoky elektrolytů je teplotní koeficient menší než 0.

Vzorec zjištění p, který se používá při výpočtu: p = (1 + a * t) * PO, kde po - specifická hodnota odporu převzaté z adresáře na konkrétní vodičem. V tomto případě lze teplotní koeficient považovat za konstantní. Závislost výkonu (P) R vyplývá z napájecího vzorce: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Specifická hodnota odporu také závisí na deformaci materiálu, ve kterém je krystalová mřížka rušit.

Deformace a odpor

Když je kov zpracován ve studeném médiu za určitého tlaku, dochází k plastické deformaci. Současně je krystalová mřížka zkreslená a R-proud elektronů se zvyšuje. V tomto případě se také zvyšuje odpor. Tento proces je reverzibilní a nazývá se rekrystalické žíhání, v důsledku čehož některé nedostatky klesají.

Při působení tahových a stlačitelných sil na kov se tyto kovy vystavují deformacím, které se nazývají elastické. Odpor snižuje při kompresi, protože se snižuje amplituda tepelných kmitů. Řízené nabité částice je snadnější se pohybovat. Při napětí se zvyšuje rezistivita v důsledku nárůstu amplitudy tepelných kmitů.

Dalším faktorem, který ovlivňuje vodivost, je typ proudu, který prochází vodičem.

AC řetězce

Odpor v sítích se střídavým proudem se chová poněkud jinak, protože zákon Ohm platí pouze pro obvody s konstantním napětím. Výpočty by proto měly být provedeny odlišně.

Impedance je označena písmenem Z a sestává z algebraického součtu aktivních, kapacitních a induktivních odporů.

Když je aktivní R připojen k obvodu střídavého proudu, sinusový proud začne proudit pod vlivem potenciálního rozdílu. V tomto případě vzorec vypadá jako: Im = Um / R, kde Im a Um jsou hodnoty amplitudy proudu a napětí. Vzorec odporu má následující formu: IM = Um / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Pi * r * r).

Kapacitní odpor (Xc) je způsoben přítomností kondenzátorů v obvodech. Mělo by být poznamenáno, že střídavý proud prochází kondenzátory a v důsledku toho působí jako vodič s kapacitou.

Xc se vypočte takto: Xc = 1 / (w * C), kde w je úhlová frekvence a C je kapacita kondenzátoru nebo skupiny kondenzátorů. Úhlová frekvence je definována následovně:

1. Frekvence střídavého proudu se měří (typicky 50 Hz).
2. Vynásobením 6,283.

Induktivní odpor (Xl) - znamená přítomnost indukčnosti v obvodu (tlumivka, relé, obvod, transformátor a tak dále). Vypočítané následovně: Xl = wL, kde L je indukčnost a w je úhlová frekvence. Pro výpočet indukčnosti Je třeba použít specializované online kalkulačky nebo příručku o fyzice. Takže všechna množství jsou vypočítána podle vzorců a zbývá pouze zapsat Z: Z * Z = R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl).

Za účelem určení konečné hodnoty je třeba vzít druhou odmocninu výrazu: R * R + (Xc - XI) * (Xc - L). Ze vzorců, vyplývá, že frekvence střídavého proudu hraje důležitou roli, například v obvodu stejný výkon, když se frekvence zvyšuje a Z. Je třeba dodat, že v obvodech s střídavého napětí Z závisí na takových faktorech:

1. Délky vodiče.
2. Sekční plocha je S.
3. Teploty.
4. Typ materiálu.
5. Kapacity.
6. Indukčnost.
7. Frekvence.

Následně je zákon Ohm pro řetězový segment zcela odlišný: I = U / Z. Zákon pro celý řetězec se také mění.

Měření elektrické vodivosti

Výpočty odporů vyžadují určitou dobu, takže pro měření jejich hodnot se používají speciální elektroměry, které se nazývají ohmmetry. Měřící zařízení se skládá z číselníku, na který je připojen napájecí zdroj.

Měření R všechna kombinovaná zařízení, jako jsou testery a multimetry. Samostatné přístroje pro měření pouze této charakteristiky se používají extrémně vzácně (mega-měřič pro kontrolu izolace napájecího kabelu).

Přístroj je používán pro kontinuitu elektrických obvodů pro poškození a provozuschopnost rádiových součástek, jakož i pro kontrolu izolace kabelů.

Při měření R je nutné zcela vypnout obvod, aby nedošlo k poruše zařízení. K tomu je nutné přijmout následující opatření:

1. Vytáhněte zástrčku ze sítě.
2. Zapněte přístroj, tím se vybíjí kondenzátory.
3. Pokračujte k měření nebo volání.
4. Nastavte přepínač na režim měření odporu.
5. Zkraťte zkušební vodiče zařízení, abyste se ujistili, že funguje (vykazuje velmi malý odpor).
6. Změřte požadovanou oblast.

U drahých multimetrů je funkce kontinuity obvodu duplikována zvukovým signálem, takže není třeba se podívat na panel displeje zařízení.

Elektrický odpor tak hraje důležitou roli v elektrotechnice. Závisí od konstantních obvodů na teplotě, proudové síle, délce, druh materiálu a oblasti příčné vodivé části. Ve střídavých obvodech je tato závislost doplněna o takové veličiny, jako je frekvence, kapacita a indukčnost. Kvůli této závislosti je možné měnit vlastnosti elektrické energie: napětí a proud. Pro měření hodnoty odporu se používají ohmmetry, které se také používají při řešení problémů s elektroinstalací, spojitostí různých obvodů a rádiových součástí.