Меню

Сопротивление материала зависит от тока в цепи

Зависимость электрического сопротивления от сечения, длины и материала проводника

Сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены.

Можно проверить это практически на следующем опыте.

zavisimost-soprotivleniya-ot-materiala

Рисунок 1. Опыт, показывающий зависимость электрического сопротивления от материала проводника

Подберем два или три проводника из различных материалов, возможно меньшего, но одинакового поперечного сечения, например, один медный, другой стальной, третий никелиновый. Укрепим на планке два зажима а и б на расстоянии 1 —1,5 м один от другого (рис. 1) и подключим к ним аккумулятор через амперметр. Теперь поочередно между зажимами а и б будем на 1—2 сек включать сначала медный, потом стальной и, наконец, никелиновый проводник, наблюдая в каждом случае за отклонением стрелки амперметра. Нетрудно будет заметить, что наибольший по величине ток пройдет по медному проводнику, а наименьший — по никелиновому.

Из этого следует, что сопротивление медного проводника меньше , чем стального, а сопротивление стального проводника меньше , чем никелинового.

Таким образом, электрическое сопротивление проводника зависит от материала, из которою он изготовлен.

Для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие о так называемом удельном сопротивлении.

Определение: Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной в 1 м и сечением в 1 мм 2 при температуре +20 С°.

Удельное сопротивление обозначается буквой ρ («ро») греческого алфавита.

Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает определенным удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление меди равно 0,0175 Ом*мм 2 /м, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом.

Ниже приводится таблица удельных сопротивлений материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике.

Удельные сопротивления материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике

Материал Удельное сопротивление, Ом*мм 2 /м
Серебро 0,016
Медь 0,0175
Алюминий 0,0295
Железо 0,09-0,11
Сталь 0,125-0,146
Свинец 0,218-0,222
Константан 0,4-0,51
Манганин 0,4-0,52
Никелин 0,43
Вольфрам 0,503
Нихром 1,02-1,12
Фехраль 1,2
Уголь 10-60

Любопытно отметить, что например, нихромовый провод длиною 1 м обладает примерно таким же сопротивлением, как медный провод длиною около 63 м (при одинаковом сечении).

Разберем теперь, как влияют размеры проводника , т. е. длина и поперечное сечение, на величину его сопротивления.

Воспользуемся для этого схемой, изображенной на рис. 1. Включим между зажимами а и б для большей наглядности опыта проволоку из никелина. Заметив показание амперметра, отключим от зажима б проводник, которой соединяет прибор с минусом аккумулятора, и освободившимся концом проводника прикоснемся к никелиновой проволоке на некотором удалении от зажима а (рис. 2). Уменьшив таким образом длину проводника, включенного в цепь, нетрудно заметить по показанию амперметра, что ток в цепи увеличился.

zavisimost-soprotivleniya-ot-dliny

Рисунок 2. Опыт, показывающий зависимость электрического сопротивления от длины проводника

Это говорит о том, что с уменьшением длины проводника сопротивление его уменьшается. Если же перемещать конец проводника по никелиновой проволоке вправо, т. е. к зажиму б, то, наблюдая за показаниями амперметра, можно сделать вывод, что с увеличением длины проводника сопротивление его увеличивается.

Таким образом, сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление..

Выясним теперь, как зависит сопротивление проводника от его поперечного сечения, т. е. от толщины.

Подберем для этого два или три проводника из одного и того же материала (медь, железо или никелин), но различного поперечного сечения и включим их поочередно между зажимами а и б, как указано на рис. 1.

Наблюдая каждый раз за показаниями амперметра, можно убедиться, что чем тоньше проводник, тем меньше ток в цепи, а следовательно, тем больше сопротивление проводника. И, наоборот, чем толще проводник, тем больше ток в цепи, а следовательно, тем меньше сопротивление проводника.

Читайте также:  Электрический ток эдс падение напряжения разность потенциалов

Значит, сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.

Чтобы лучше уяснить эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов (рис. 3), причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая.

sosudy-s-vodoj

Рисунок 3. Вода по толстой трубке перейдет быстрее, чем по тонкой

Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой. Это значит, что толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т. е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.

Обобщая результаты произведенных нами опытов, можно сделать следующий общий вывод:

электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь его поперечного сечения..

Математически эта зависимость выражается следующей формулой:

soprotivlenie-provodnika-formula

где R—сопротивление проводника в Ом;

ρ — удельное сопротивление материала в Ом*мм 2 /м;

l — длина проводника в м;

S—площадь поперечного сечения проводника в мм 2 .

Примечание. Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле

sechenie-provodnika-formula1

где π —постоянная величина, равная 3,14;

Указанная выше зависимость дает возможность определить длину проводника или его сечение, если известны одна из этих величин и сопротивление проводника.

Так, например, длина проводника определяется по формуле:

dlina-provodnika-formula

Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формула принимает следующий вид:

ploshchad-secheniya-provodnika-formula

Решив это равенство относительно ρ, получим выражение для определения удельного сопротивления проводника:

udelnoe-soprotivlenie-provodnika-formula

Последней формулой приходится пользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же трудно определим по внешнему виду. Определив по формуле удельное сопротивление проводника, можно найти материал, обладающий таким удельным сопротивлением.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник



Сопротивление материала зависит от тока в цепи

«Физика — 10 класс»

Что заставляет заряды двигаться вдоль проводника?
Как электрическое поле действует на заряды?

Вольт-амперная характеристика.

В предыдущем параграфе говорилось, что для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах. Сила тока в проводнике определяется этой разностью потенциалов. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряжённость электрического поля в проводнике и, следовательно, тем большую скорость направленного движения приобретают заряженные частицы. Это означает увеличение силы тока.

Для каждого проводника — твёрдого, жидкого и газообразного — существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника.

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения, подаваемого на него, называют вольт-амперной характеристикой проводника.

Её находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Знание вольт-амперной характеристики играет большую роль при изучении электрического тока.

Закон Ома.

Наиболее простой вид имеет вольт- амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) её установил немецкий учёный Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

На участке цепи, изображённой на рисунке 15.3, ток направлен от точки 1 к точке 2. Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна U = φ1 — φ2. Так как ток направлен слева направо, то напряжённость электрического поля направлена в ту же сторону и φ1 > φ2.

Читайте также:  Принципиальная схема подключения трансформатора тока

Измеряя силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, можно убедиться в том, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка R.

Применение обычных приборов для измерения напряжения — вольтметров — основано на законе Ома. Принцип устройства вольтметра такой же, как и у амперметра. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.

Сила тока, проходящего по вольтметру, определяется напряжением между точками цепи, к которой он подключён. Поэтому, зная сопротивление вольтметра, можно по силе тока определить напряжение. На практике прибор градуируют так, чтобы он сразу показывал напряжение в вольтах.

Сопротивление.

Основная электрическая характеристика проводника — сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, т. е. противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника.

С помощью закона Ома (15.3) можно определить сопротивление проводника:

Для этого нужно измерить напряжение на концах проводника и силу тока в нём.

На рисунке 15.4 приведены графики вольт-амперных характеристик двух проводников. Очевидно, что сопротивление проводника, которому соответствует график 2, больше, чем сопротивление проводника, которому соответствует график 1.

Сопротивление проводника не зависит от напряжения и силы тока.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S равно:

где ρ — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь).

Величину ρ называют удельным сопротивлением проводника.

Удельное сопротивление материала численно равно сопротивлению проводника из этого материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют её омом.

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нём 1 А.

Единицей удельного сопротивления является 1 Ом • м. Удельное сопротивление металлов мало. А вот диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление серебра 1,59 • 10 -8 Ом • м, а стекла порядка 10 10 Ом • м. В справочных таблицах приводятся значения удельного сопротивления некоторых веществ.

Значение закона Ома.

Из закона Ома следует, что при заданном напряжении сила тока на участке цепи тем больше, чем меньше сопротивление этого участка. Если по какой-то причине (нарушение изоляции близко расположенных проводов, неосторожные действия при работе с электропроводкой и пр.) сопротивление между двумя точками, находящимися под напряжением, оказывается очень малым, то сила тока резко возрастает (возникает короткое замыкание), что может привести к выходу из строя электроприборов и даже возникновению пожара.

Именно из-за закона Ома нельзя говорить, что чем выше напряжение, тем оно опаснее для человека. Сопротивление человеческого тела может сильно изменяться в зависимости от условий (влажности, температуры окружающей среды, внутреннего состояния человека), поэтому даже напряжение 10—20 В может оказаться опасным для здоровья и жизни человека. Следовательно, всегда необходимо учитывать не только напряжение, но и силу электрического тока. При работе в физической лаборатории нужно строго соблюдать правила техники безопасности!

Закон Ома — основа расчётов электрических цепей в электротехнике.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Читайте также:  Девушка после удара током

Источник

Сопротивление электрической цепи.

Сопротивление электрической цепи – это величина, которая описывает способность проводника не пропускать электрический ток через себя. Сопротивление электрической цепи равняется напряжению на концах проводника, деленному на силу тока, которая течет по данному проводнику.

Сопротивление электрической цепи переменного тока и переменного электрического поля можно характеризовать с помощью таких понятий, как импеданс и волновое сопротивление. Сопротивление, или резистор – это не только физическое явление, но и радиоэлектронная деталь, которая позволяет создавать активное сопротивление в электрической цепи.

Как правило, сопротивление электрической цепи обозначается буквой R или r. Данную величину принимают за константу в определенных пределах для конкретного проводника. Формула для расчета сопротивления электрической цепи:

R — сопротивление электрической цепи, Ом;

U — разность электрических потенциалов, или напряжение, на концах проводника, В;

I — сила тока, текущего между концами проводника благодаря разности потенциалов, А.

Сопротивление электрической цепи.

Влияние размера (площади поперечного сечения и длины) проводника и материала, из которого он изготовлен, на сопротивление электрической цепи.

В металле роль подвижных переносчиков электрического заряда играют свободные электроны. Они ведут себя таким образом, что их можно считать эквивалентными молекулам в газе, хаотично двигающимся. Обычно в физике свободно движущиеся электроны принимают за электронный газ, это означает, что при первом приближении они подчиняются тем же законам, с помощью которых описывают молекулы в идеальном газе.

Вид металла, который был использован при изготовлении проводника, влияет на плотность электронного газа и строение его кристаллической решетки. Отсюда следует, что и сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен. Также оно зависит от длины проводника, площади его поперечного сечения и температуры.

От величины сечения проводника напрямую зависит сопротивление. Так происходит потому, что поток электронов одинаковой силы при прохождении через меньшее сечение приобретает большую плотность, при этом электроны начинают взаимодействовать с частицами вещества, из которого изготовлен проводник, более активно.

видно, что сопротивление проводника прямо зависит от его длины и обратно — от площади его поперечного сечения. Удельное сопротивление вещества ρ показывает, как зависит сопротивление проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних факторов. Его величину при необходимости берут из справочных таблиц, у каждого вещества оно различное.

Существует также величина, σ, обратная удельному сопротивлению. Она называется удельной проводимостью.

Сопротивление тела человека.

Грань между безопасным и опасным для здоровья человека воздействием электрического тока зафиксирована на значении 1кОм при частоте напряжения тока 50 Гц. Но данную величину никак нельзя назвать сопротивлением человеческого тела. Сопротивление тела человека зависит от множества факторов и является нелинейным по отношению к приложенному напряжению, а также не омическим. Здесь важны изменения во времени, также нужно учитывать тот факт, что человек при волнении потеет и его сопротивление понижается. Существуют и другие причины, из-за которых однозначно определить сопротивление тела человека не так просто, как сопротивление электрической цепи.

Заметные повреждения человек получает при прохождении через его тело тока силой от 100 мА и выше. Ток силы 1 мА принят как абсолютно безопасный. Также удельное сопротивление тела человека подвержено влиянию со стороны состояния его кожи. Если она сухая, то ее сопротивление равно примерно 10000 Ом•м и чтобы достигнуть повреждений, необходимо подать ток с большим напряжением. Если же кожа сырая, то сопротивление сильно понижается и ток напряжением выше 12 В становится опасным. Удельное сопротивление крови равно 1 Ом•м при 50 Гц.

Источник