Mi az ellenállás r. Áram, feszültség, ellenállás

Ohm törvénye az elektromos áramkörök alaptörvénye. Ugyanakkor sok természeti jelenség magyarázatát teszi lehetővé. Például megértheti, hogy az elektromosság miért nem „üti el” a vezetékeken ülő madarakat. A fizika számára az Ohm-törvény rendkívül jelentős. Az ő tudta nélkül lehetetlen lenne stabil elektromos áramköröket létrehozni, vagy egyáltalán nem lenne elektronika.

Függőség I = I(U) és jelentése

Az anyagok ellenállásának felfedezésének története közvetlenül összefügg az áram-feszültség karakterisztikával. Ami? Vegyünk egy állandó elektromos árammal működő áramkört, és vegyük figyelembe annak bármely elemét: lámpát, gázcsövet, fémvezetőt, elektrolitpalackot stb.

A kérdéses elemre szolgáltatott U feszültség (gyakran V-ként jelölve) változtatásával figyelni fogjuk a rajta áthaladó áramerősség (I) változását. Ennek eredményeként egy I = I (U) formájú függőséget kapunk, amelyet „az elem volt-amper karakterisztikájának” neveznek, és amely közvetlenül jelzi elektromos tulajdonságait.

Az áram-feszültség karakterisztikája eltérő lehet a különböző elemeknél. Legegyszerűbb formáját egy fémvezető vizsgálatával kapjuk meg, amit Georg Ohm (1789-1854) tett.

Az áram-feszültség karakterisztika lineáris összefüggés. Ezért a grafikonja egy egyenes.

Törvény egyszerű formában

Ohm-féle, a vezetők áram-feszültség karakterisztikáját vizsgáló tanulmányai kimutatták, hogy a fémvezető belsejében az áramerősség arányos a végein lévő potenciálkülönbséggel (I ~ U), és fordítottan arányos egy bizonyos együtthatóval, azaz I ~ 1/R. Ez az együttható „vezető ellenállás” néven vált ismertté, és az elektromos ellenállás mértékegysége Ohm vagy V/A.

A másik dolog, amit érdemes megjegyezni, ez. Az Ohm törvényét gyakran használják az áramkörök ellenállásának kiszámítására.

A törvény nyilatkozata

Ohm törvénye szerint az áramkör egyetlen szakaszának áramerőssége (I) arányos az ebben a szakaszban lévő feszültséggel, és fordítottan arányos az ellenállásával.

Meg kell jegyezni, hogy ebben a formában a törvény csak a lánc egy homogén szakaszára érvényes. Homogén az elektromos áramkör azon része, amely nem tartalmaz áramforrást. Az alábbiakban az Ohm-törvény inhomogén áramkörben való alkalmazásának módját tárgyaljuk.

Később kísérletileg megállapították, hogy a törvény az elektromos áramkörben lévő elektrolitoldatokra is érvényben marad.

Az ellenállás fizikai jelentése

Az ellenállás az anyagok, anyagok vagy közegek azon tulajdonsága, hogy megakadályozzák az elektromos áram áthaladását. Kvantitatívan az 1 ohm ellenállás azt jelenti, hogy a végein 1 V feszültségű vezető képes 1 A elektromos áramot átengedni.

Elektromos ellenállás

Kísérletileg megállapították, hogy egy vezető elektromos áramának ellenállása a méreteitől függ: hosszúság, szélesség, magasság. És a formája (gömb, henger) és az anyag, amelyből készült. Így például egy homogén hengeres vezető ellenállásának képlete a következő lesz: R = p*l/S.

Ha ebben a képletben s = 1 m 2 és l = 1 m, akkor R számszerűen egyenlő p-vel. Innen számítják ki a vezető ellenállási együtthatójának mértékegységét SI-ben - ez Ohm * m.

Az ellenállási képletben p az ellenállási együttható, amelyet annak az anyagnak a kémiai tulajdonságai határoznak meg, amelyből a vezető készül.

Az Ohm-törvény differenciális formájának figyelembe vételéhez több további fogalmat is figyelembe kell venni.

Mint ismeretes, az elektromos áram minden töltött részecske szigorúan meghatározott mozgása. Például a fémekben az áramhordozók az elektronok, a vezető gázokban pedig az ionok.

Vegyünk egy triviális esetet, amikor minden áramhordozó homogén - egy fémvezető. Válasszunk gondolatban egy végtelenül kicsi térfogatot ebben a vezetőben, és jelöljük u-val az elektronok átlagos (sodródás, rendezett) sebességét ebben a térfogatban. Ezután jelölje n az áramhordozók térfogategységenkénti koncentrációját.

Rajzoljunk most egy végtelen kicsi dS területet merőlegesen az u vektorra, és készítsünk a sebesség mentén egy u*dt magasságú infinitezimális hengert, ahol dt azt az időt jelöli, amely alatt a vizsgált térfogatban lévő összes áramsebességhordozó áthalad a dS területen. .

Ebben az esetben az elektronok töltést fognak átadni a q = n*e*u*dS*dt területen keresztül, ahol e az elektron töltése. Így az elektromos áramsűrűség egy j = n*e*u vektor, amely az egységnyi területen keresztül egységnyi idő alatt átvitt töltés mennyiségét jelöli.

Az Ohm-törvény differenciáldefiníciójának egyik előnye, hogy gyakran megtehető az ellenállás kiszámítása nélkül.

Elektromos töltés. Elektromos térerősség

A térerősség az elektromos töltéssel együtt alapvető paraméter az elektromosság elméletében. Sőt, az iskolások számára elérhető egyszerű kísérletekből kvantitatív elképzelést kaphatunk róluk.

Az egyszerűség kedvéért az elektrosztatikus mezőt vesszük figyelembe. Ez egy elektromos mező, amely nem változik az idő múlásával. Ilyen mezőt álló elektromos töltések hozhatnak létre.

Célunkhoz tesztdíj is szükséges. Töltött testet fogunk használni úgy, ahogy van - olyan kicsi, hogy nem képes zavart okozni (töltések újraelosztása) a környező tárgyakban.

Tekintsünk egymás után két felvett próbatöltést, amelyek egymás után a tér egy pontjában helyezkednek el, és amelyek elektrosztatikus tér hatása alatt állnak. Kiderül, hogy a vádakat idővel folyamatosan befolyásolni fogja. Legyen F 1 és F 2 a töltésekre ható erők.

A kísérleti adatok általánosítása eredményeként kiderült, hogy az F 1 és F 2 erők egy vagy ellentétes irányba hatnak, és F 1 / F 2 arányuk független a tér azon pontjától, ahol a teszttöltések keletkeztek. felváltva elhelyezve. Következésképpen az F 1 / F 2 arány kizárólag maguknak a töltéseknek a jellemzője, és semmilyen módon nem függ a mezőtől.

Ennek a ténynek a felfedezése lehetővé tette a testek villamosításának jellemzését, és később elektromos töltésnek nevezték. Így definíció szerint q 1 /q 2 = F 1 /F 2, ahol q 1 és q 2 a mező egy pontjában elhelyezett töltések nagysága, F 1 és F 2 pedig a ható erők a pályáról érkező tölteteken.

Hasonló megfontolások alapján kísérletileg megállapították a különböző részecskék töltéseit. Ha feltételesen beírja az egyik teszttöltés eggyel egyenlő arányát, akkor az F 1 / F 2 arány mérésével kiszámíthatja a másik töltés értékét.

Bármely elektromos mező jellemezhető ismert töltéssel. Így az egységnyi próbatöltésre nyugalmi állapotban ható erőt elektromos térerősségnek nevezzük, és E-vel jelöljük. A töltés definíciójából azt találjuk, hogy az erővektor a következő alakú: E = F/q.

j és E vektorok kapcsolata. Az Ohm-törvény másik formája

Vegye figyelembe azt is, hogy a henger-ellenállás meghatározása általánosítható ugyanabból az anyagból álló vezetékekre. Ebben az esetben az ellenállási képlet keresztmetszete megegyezik a huzal keresztmetszetével, és l - a hossza.

15. § Elektromos ellenállás

Az elektromos töltések irányított mozgását bármely vezetőben megakadályozzák ennek a vezetőnek a molekulái és atomjai. Ezért mind az áramkör külső, mind a belső szakasza (maga az energiaforrás belsejében) zavarja az áram áthaladását. Az elektromos áramkör elektromos áram áthaladásával szembeni ellenállását jellemző mennyiséget nevezzük elektromos ellenállás.
A zárt elektromos áramkörben lévő elektromos energiaforrás energiát fordít a külső és belső áramkörök ellenállásának leküzdésére.
Az elektromos ellenállást betű jelzi rábrán látható diagramokon látható. 14, a.

Az ellenállás mértékegysége ohm. Ohm egy olyan lineáris vezető elektromos ellenállása, amelyben állandó, egy voltos potenciálkülönbség mellett egy amperes áram folyik, azaz.

Nagy ellenállások mérésekor az ohm ezer és milliószorosának mértékegységeit használjuk. Ezeket kiloohmoknak hívják ( com) és megohm ( Anya), 1 com = 1000 ohm; 1 Anya = 1 000 000 ohm.
A különböző anyagok különböző számú szabad elektront tartalmaznak, és az atomok, amelyek között ezek az elektronok mozognak, eltérő elrendezésűek. Ezért a vezetők elektromos árammal szembeni ellenállása függ az anyagtól, amelyből készültek, a vezető hosszától és keresztmetszeti területétől. Ha két azonos anyagú vezetéket hasonlítunk össze, akkor a hosszabb vezetőnek nagyobb az ellenállása egyenlő keresztmetszeti területeken, és a nagyobb vezetőnek kisebb az ellenállása egyenlő hosszúság esetén.
A vezető anyagának elektromos tulajdonságainak relatív értékeléséhez annak ellenállását használják. Ellenállás egy 1 hosszúságú fémvezető ellenállása més keresztmetszeti terület 1 mm 2; ρ betűvel jelöljük, és mértéke
Ha egy ρ fajlagos ellenállású anyagból készült vezetőnek van egy hossza l méter és keresztmetszeti terület q négyzetmilliméter, akkor ennek a vezetőnek az ellenállása

A (18) képlet azt mutatja, hogy a vezető ellenállása egyenesen arányos annak az anyagnak az ellenállásával, amelyből készült, valamint a hosszával, és fordítottan arányos a keresztmetszeti területtel.
A vezetékek ellenállása a hőmérséklettől függ. A fémvezetők ellenállása a hőmérséklet emelkedésével nő. Ez a függés meglehetősen összetett, de a hőmérséklet-változások viszonylag szűk tartományán belül (kb. 200 °C-ig) feltételezhetjük, hogy minden fémre van egy bizonyos, úgynevezett hőmérséklet-ellenállási együttható (alfa), amely kifejezi a hőmérséklet növekedését. vezető ellenállása Δ r amikor a hőmérséklet 1°C-kal változik, az 1 ohm kezdeti ellenállás.
Így az ellenállás hőmérsékleti együtthatója

és az ellenállás növekedése

Δ r = r 2 - r 1 = α r 2 (T 2 - T 1) (20)

Ahol r 1 - a vezető ellenállása hőmérsékleten T 1 ;
r 2 - ugyanazon vezető ellenállása hőmérsékleten T 2 .
Magyarázzuk meg az ellenállás hőmérsékleti együtthatójának kifejezését egy példa segítségével. Tegyük fel, hogy egy réz lineáris huzal egy hőmérsékleten T 1 = 15°-nak van ellenállása r 1 = 50 ohmés hőmérsékleten T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Ezért az ellenállás növekedése, ha a hőmérséklet 75-15 = 60°-kal változik, 62-50 = 12 ohm. Így az 1°-os hőmérsékletváltozásnak megfelelő ellenállásnövekedés egyenlő:

A réz ellenállásának hőmérsékleti együtthatója megegyezik az ellenállás növekedésének osztva 1-gyel ohm kezdeti ellenállás, azaz osztva 50-zel:

A (20) képlet alapján megállapítható az ellenállások közötti kapcsolat r 2 és r 1:

(21)

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ez a képlet csak hozzávetőleges kifejezése az ellenállás hőmérséklettől való függésének, és nem használható az ellenállás mérésére 100 ° C feletti hőmérsékleten.
Az állítható ellenállásokat ún reosztátok(14. ábra, b). A reosztátok nagy ellenállású huzalból, például nikrómból készülnek. A reosztátok ellenállása egyenletesen vagy lépésenként változhat. Folyékony reosztátokat is használnak, amelyek fémedények, amelyeket valamilyen elektromos áramot vezető oldattal töltenek meg, például szóda vízben.
A vezető elektromos áram áteresztő képességét a vezetőképesség jellemzi, amely az ellenállás reciprokja, és betűvel jelöljük g. A vezetőképesség SI mértékegysége (Siemens).

Így a vezető ellenállása és vezetőképessége közötti kapcsolat a következő.

Amikor egy elektromos áramkör zárva van, potenciálkülönbség jelenlétében a kapcsokon, akkor ebben az esetben elektromos áram lép fel. Az elektromos tér erőssége hatással van a szabad elektronokra, aminek következtében azok a vezető mentén mozognak. A mozgás során az elektronok ütköznek a vezető atomjaival, felszabadítva a rendelkezésre álló mozgási energiát. Minden elektron folyamatosan változó sebességgel mozog.

A sebesség csökkenése akkor következik be, amikor az elektronok az útjukban lévő más elektronokkal és atomokkal ütköznek. Ezt követően az elektromos energia hatására az elektronok mozgásának sebessége ismét növekszik, amíg új ütközés nem következik be.

Ez a folyamat folyamatos, aminek következtében az elektronok áramlása a vezetőben egyenletesen mozog. Ugyanakkor az elektronok mozgás közben állandóan ellenállásba ütköznek. Ez végül a vezető felmelegedéséhez vezet.

Mi a vezető ellenállása

Az ellenállás egy közeg vagy test olyan tulajdonsága, amely elősegíti az elektromos energia hővé történő átalakítását, amikor elektromos áram halad át rajta. Megváltoztathatja az áramkör áramértékét egy változó elektromos ellenállással, amelyet reosztátnak neveznek. A szükséges ellenállást egy bizonyos pozícióba beállított speciális csúszkával lehet megadni.

A nagy hosszúságú és kis keresztmetszetű vezeték nagyobb ellenállással rendelkezik. Ezzel szemben egy nagy keresztmetszetű rövid vezeték nagyon kis ellenállást tud biztosítani az árammal szemben.

Két azonos keresztmetszetű és hosszúságú, de különböző anyagokból készült vezető teljesen eltérő módon vezeti az elektromosságot. Ebből következik, hogy az anyag közvetlenül befolyásolja az ellenállást.

További tényezők hatása

További tényezők befolyásolják a vezető értékét és belső hőmérsékletét. A hőmérséklet emelkedésével a különböző fémek ellenállása növekszik. Folyadékokban és szénben, éppen ellenkezőleg, az ellenállás csökken. Vannak bizonyos típusú ötvözetek, amelyekben az ellenállás gyakorlatilag nem változik a hőmérséklet emelkedésével.

Így a vezető ellenállása olyan tényezőktől függ, mint a hossza és keresztmetszete, valamint a hőmérséklet és az anyag, amelyből készült. Az összes vezető ellenállását ohmban mérik.

A nagy ellenállású vezető ennek megfelelően alacsonyabb vezetőképességgel rendelkezik, és fordítva, az alacsony ellenállás hozzájárul az elektromos áram sokkal jobb vezetőképességéhez. Ezért a vezetőképesség és az ellenállás értékei ellentétes jelentéssel bírnak.

Ez az oldal nem nélkülözheti az ellenállásról szóló cikket. Hát dehogyis! Van egy nagyon alapvető fogalom az elektronikában, ami egyben fizikai tulajdonság is. Valószínűleg már ismeri ezeket a barátokat:

Az ellenállás egy anyag azon képessége, hogy megzavarja az elektronok áramlását. Úgy tűnik, az anyag ellenáll, akadályozza ezt az áramlást, akár egy fregatt vitorlái erős széllel szemben!

A világon szinte mindennek megvan az ellenálló képessége: a levegő ellenáll az elektronok áramlásának, a víz is ellenáll az elektronok áramlásának, de azok mégis átcsúsznak. A rézhuzalok is ellenállnak az elektronok áramlásának, de lustán. Szóval nagyon jól kezelik ezt a fajta áramlást.

Csak a szupravezetőknek nincs ellenállása, de ez egy másik történet, hiszen mivel nincs ellenállásuk, ma már nem vagyunk rájuk kíváncsiak.

Egyébként az elektronok áramlása elektromos áram. A formális meghatározás pedánsabb, ezért keresse meg maga is ugyanabban a száraz könyvben.

És igen, az elektronok kölcsönhatásba lépnek egymással. Az ilyen kölcsönhatás erősségét voltban mérik, és feszültségnek nevezik. Meg tudod mondani, mi hangzik furcsán? Semmi különös. Az elektronok megfeszítik és erővel mozgatják a többi elektront. Kicsit rusztikus, de az alapelv egyértelmű.

Marad a hatalom említése. A teljesítmény az, amikor az áram, a feszültség és az ellenállás egy asztalnál találkozik és elkezd működni. Ezután megjelenik a teljesítmény - az az energia, amelyet az elektronok elveszítenek, amikor áthaladnak az ellenálláson. Apropó:

I = U/R P = U * I

Például van egy 60 W-os vezetékes izzója. 220V-os konnektorba dugja. Mi a következő lépés? A villanykörte némi ellenállást biztosít az elektronok áramlásával szemben, 220 V-os potenciállal. Ha túl kicsi az ellenállás, bumm, akkor kiég. Ha túl nagy, az izzószál nagyon halványan világít, ha egyáltalán világít. De ha „éppen megfelelő”, akkor az izzó 60 W-ot fogyaszt, és ezt az energiát fénnyé és hővé alakítja.

A hő egy mellékhatás, amit energiaveszteségnek neveznek, mivel az izzó ahelyett, hogy jobban világítana, az energiát fűtésre fordítja. Használjunk energiatakarékos lámpákat! A huzalnak egyébként ellenállása is van, és ha túl nagy az elektronáramlás, akkor az is érezhető hőmérsékletre felmelegszik. Itt javasolhatja, hogy olvasson el egy megjegyzést arról, hogy miért használják a nagyfeszültségű vezetékeket

Biztos vagyok benne, hogy most többet értesz az ellenállásról. Ugyanakkor nem estünk bele olyan részletekbe, mint az anyag ellenállása és a képletek

ahol ρ - ellenállás vezető anyagok, Ohm m, l— vezeték hossza, m, a S— keresztmetszeti terület, m².

Néhány animáció a kép teljessé tételéhez

És világos, hogy az elektronok áramlása hogyan változik a vezető hőmérsékletétől és vastagságától függően

>>Fizika: Elektromos ellenállás

Töltsön le naptár-tematikus tervezést fizikából, tesztekre adott válaszokat, feladatokat és válaszokat iskolásoknak, könyveket és tankönyveket, fizikatanárok kurzusait 9.

Az óra tartalma leckejegyzetek keretóra prezentációgyorsítási módszerek támogatása interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsi kiságyak tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckékévre vonatkozó módszertani ajánlások; Integrált leckék

Ha javításai vagy javaslatai vannak ehhez a leckéhez,

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete