6.2. Электрическое сопротивление проводников. Изменение сопротивления проводников от температуры и давления. Сверхпроводимость. Электрическое сопротивление проводников

Сопротивление проводника

Сопротивление проводника зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого проводник изготовлен.

Для однородного линейного проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине ℓ и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:

(13.22)

где ρ - удельное электрическое сопротивление, характеризующее материал проводника.

§ 13.4 Параллельное и последовательное соединение проводников

При последовательном соединении проводников выполняются следующие три закона:

а) сила тока на всех участках цепи одинакова, т.е.

б) общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных её участках:

в) общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

или (13.23)

При параллельном соединении проводников выполняются следующие три закона:

а) общая сила тока в цепи равно сумме сил токов в отдельных проводниках:

б) напряжение на всех параллельно соединённых участках цепи одно и то же:

в) величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого из проводников в отдельности:

или (13.24)

§ 13.5 Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа

При решении задач, наряду с законом Ома, удобно использовать два правила Кирхгофа. При сборке сложных электрических цепей в некоторых точках сходятся несколько проводников. Такие точки называют узлами.

Первое правило Кирхгофа основано на следующих соображениях. Токи, втекающие в данный узел, приносят в него заряд. Токи, вытекающие из узла, уносят заряд. Заряд в узле накапливаться не может, поэтому величина заряда, поступающего в данный узел за некоторое время, в точности равна величине уносимого из узла заряда за то же самое время. Токи, втекающие в данный узел, считаются положительными, токи, вытекающие из узла, считаются отрицательными.

Согласно первому правилу Кирхгофа, алгебраическая сумма сил токов в проводниках, соединяющихся в узле, равна нулю.

(13.25)

I1+ I2 + I3 +….+ In=0

I1+I2=I3+ I4

I1+ I2 - I3 - I4=0

Второе правило Кирхгофа: алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.

(13.26)

Это правило особенно удобно применять в том случае, когда проводящем контуре содержится не один, а несколько источников тока (рис.13.8).

При использовании этого правила направления токов и обхода выбираются произвольно. Токи, текущие вдоль выбранного направления обхода контура, считаются положительными, а идущие против направления обхода –отрицательными. Соответственно положительными считаются ЭДС тех источников, которые вызывают ток, совпадающий по направлению с обходом контура.

ε2 –ε1=Ir1+Ir2+IR (13.27)

studfiles.net

Электрическое сопротивление проводников | Онлайн журнал электрика

Понятие об электронном сопротивлении и проводимости

Хоть какое тело, по которому протекает электронный ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электронного тока именуется электронным сопротивлением.

Электрическая теория так разъясняет суть электронного сопротивления железных проводников. Свободные электроны при движении по проводнику бессчетное количество раз встречают на собственном пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, безизбежно теряют часть собственной энергии. Электроны испытывают вроде бы сопротивление собственному движению. Разные железные проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электронному току.

Точно этим же разъясняется сопротивление водянистых проводников и газов прохождению электронного тока. Но не стоит забывать, что в этих субстанциях не электроны, а заряженные частички молекул встречают сопротивление при собственном движении.

Сопротивление обозначается латинскими знаками Rлибо r.

За единицу электронного сопротивления принят ом.

Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм2 при температуре 0° С.

Если, к примеру, электронное сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом либо r = 4ом.

Для измерения сопротивлений большой величины принята единица, именуемая мегомом.

Один мегом равен одному миллиону ом.

Чем больше сопротивление проводника, тем ужаснее он проводит электронный ток, и, напротив, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электронному току пройти через этот проводник.

Как следует, для свойства проводника (исходя из убеждений прохождения через него электронного тока) можно рассматривать не только лишь его сопротивление, да и величину, оборотную сопротивлению и именуемую, проводимостью.

Электронной проводимостью именуется способность материала пропускать через себя электронный ток.

Потому что проводимость есть величина, оборотная сопротивлению, то и выражается она как 1/R,обозначается проводимость латинской буковкой g.

Воздействие материала проводника, его размеров и окружающей температуры на величину электронного сопротивления

Сопротивление разных проводников находится в зависимости от материала, из которого они сделаны. Для свойства электронного сопротивления разных материалов введено понятие так именуемого удельного сопротивления.

Удельным сопротивлением именуется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Удельное сопротивление обозначается буковкой греческого алфавита р. Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает своим удельным сопротивлением.

К примеру, удельное сопротивление меди равно 0,0175, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,0175 ом. Удельное сопротивление алюминия равно 0,029, удельное сопротивление железа — 0,135, удельное сопротивление константана — 0,48, удельное сопротивление нихрома — 1-1,1.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его электронное сопротивление.

Сопротивление проводника назад пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, напротив, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.

Чтоб лучше осознать эту зависимость, представьте для себя две пары сообщающихся сосудов, при этом у одной пары сосудов соединяющая трубка узкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой 1-го из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет еще резвее, чем по узкой, т. е. толстая трубка окажет наименьшее сопротивление течению воды. Точно так же и электронному току легче пройти по толстому проводнику, чем по узкому, т. е. 1-ый оказывает ему наименьшее сопротивление, чем 2-ой.

Электронное сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник изготовлен, умноженному на длину проводника и деленному на площадь площадь поперечного сечения проводника:

R = р l / S,

где — R — сопротивление проводника, ом, l — длина в проводника в м, S — площадь поперечного сечения проводника, мм2.

Площадь поперечного сечения круглого проводника рассчитывается по формуле:

S = πd2 / 4

где π — неизменная величина, равная 3,14; d — поперечник проводника.

А так определяется длина проводника:

l = S R / p,

Эта формула дает возможность найти длину проводника, его сечение и удельное сопротивление, если известны другие величины, входящие в формулу.

Если же нужно найти площадь поперечного сечения проводника, то формулу приводят к последующему виду:

S = р l / R

Преобразуя ту же формулу и решив равенство относительно р, найдем удельное сопротивление проводника:

р = R S / l

Последней формулой приходится воспользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же тяжело определим по внешнему облику. Для этого нужно найти удельное сопротивление проводника и, пользуясь таблицей, отыскать материал, владеющий таким удельным сопротивлением.

Очередной предпосылкой, влияющей на сопротивление проводников, является температура.

Установлено, что с увеличением температуры сопротивление железных проводников растет, а с снижением миниатюризируется. Это повышение либо уменьшение сопротивления для проводников из незапятнанных металлов практически идиентично и в среднем равно 0,4% на 1°C. Сопротивление водянистых проводников и угля с повышением температуры миниатюризируется.

Электрическая теория строения вещества дает последующее разъяснение повышению сопротивления железных проводников с увеличением температуры. При нагревании проводник получает термическую энергию, которая безизбежно передается всем атомам вещества, в итоге чего растет интенсивность их движения. Возросшее движение атомов делает большее сопротивление направленному движению свободных электронов, отчего и растет сопротивление проводника. С снижением же температуры создаются наилучшие условия для направленного движения электронов, и сопротивление проводника миниатюризируется. Этим разъясняется увлекательное явление — сверхпроводимость металлов.

Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при большой отрицательной температуре —273° C, именуемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла вроде бы застывают на месте, совсем не препятствуя движению электронов.

elektrica.info

Электрическое сопротивление проводника » что это такое.

Тема: что такое электрическое сопротивление проводника.

В данной теме я постараюсь освежить Ваши знания (кто подзабыл) и раскрыть секретную информацию (для тех, кто вовсе не знал) об этом простом, основополагающим и повсеместно распространённом понятии. Как Вы знаете, в нашем мире на любое действие есть своё противодействие. К примеру, на движущуюся машину будет действовать сила трения (об воздух, о поверхность дороги, трение внутренних частей и т.д.), при нагревании, какого либо предмета на него обязательно будет влиять более низкая температура окружающей среды, которая после прекращения нагревания, вернёт предмету прежнюю температуру. В сфере электричества подобное обратное влияние (по отношению к протеканию электрического тока) будет оказывать электрическое сопротивление.

Электрическое сопротивление проводника, это некоторая способность материалов (точнее, веществ из которых и сделан сам проводник) противодействовать движению заряженных частиц внутри этого проводника. Причём, следует заметить, что при этом противодействии происходит некоторое преобразование электрической энергии в иной её вид (в основном, электроэнергия преобразуется в тепло).

Электрическое сопротивление имеет свою единицу измерения под названием «Ом». 1 Ом — это сопротивление, которое будет иметь столб ртути с высотой — 106,3 см; поперч. сеч. — 1 кв.мм. и температурой — 0 град. Сопротивление принято обозначать буквой — R или r. Название величин сопротивления: Ом, кОм (1 килоом = 1000 Ом), мОм (1 мегаом = 1000 000 Ом).

Чтобы лучше понять суть сопротивления (как и из-за чего оно возникает) следует вспомнить школьные уроки химии и физики, на которых рассказывали о структуре веществ. Твёрдые вещества представляют собой множество атомов (молекул). Они крепко связаны между собой полями и образуют структуру в виде кристаллической решётки. Вокруг каждого атома (по его орбитам) вращаются электроны. Электроны, что расположены дальше всего от атома, способны отрываться и перелетать на соседние атомы. Такие электроны называются свободными и благодаря ним, материалы (проводники) могут проводить через себя электрический ток.

При подключении внешнего постоянного источника электропитания (электрического поля) свободные электроны упорядочено начинают перемещаться с одного конца проводника в другой. Если бы при их перемещении им ничего не мешало, то и про проводник можно сказать, что он имеет нулевое сопротивление (сверхпроводимостью обладают некоторые материалы при сверхнизких температурах = -273 град.). При нормальных же температурах электрические проводники имеют ряд препятствий для прохода электронов, откуда и возникает это самое электрическое сопротивление проводника.

Что порождает и влияет на электрическое сопротивление? Как ни странно, но, это сами атомы, так как они и мешают электронам на их пути. Электрону, что несётся на огромной скорости, постоянно приходится натыкаться на атомы, теряя при этом свою внутреннюю энергию, которая в свою очередь, превращается в тепло. Следовательно, чем длиннее путь (проводник), тем больше будет у него внутренее сопротивление. Чем больше сечение проводника, то наоборот, электрическое сопротивление его будет уменьшаться (большее электронов пройдёт через него).

Поскольку у различных материалов (веществ) различные структуры кристаллических решеток, следовательно, и сопротивление у них будет тоже разное. Это ещё называется удельным сопротивлением материала. То есть, удельное сопротивление, это определённое значение электрического сопротивления, которое в точности соответствует определённому материалу (проводнику), при длине в 1 метр и поперечным сечением в 1 кв.мм. Удельное сопротивление обозначается буквой «p». Ниже приведена таблица удельного сопротивления проводников.

Для расчёта электрического сопротивления определённой длины и сечения того или иного материала используют следующую формулу:

R=p×L/S

• R — электрическое сопротивление;
• p — удельное сопротивление материала;
• L — длина проводника;
• S — поперечное сечение проводника.

Следует (но не обязательно) учитывать, что значение температуры также влияет на общее электрическое сопротивление проводника. При нагревании проводника в нём происходит увеличение хаотического движения атомов вещества. Это в свою очередь затрудняет протекание электронов по этому проводнику, что и увеличивает общее сопротивление этого материала. При простом (особая точность не требуется) расчёте электрического сопротивления, обычно температура не берется в расчёт, так как её влияние незначительно. Приблизительное значение зависимости температуры на сопротивление: 0.4% на 1 град. На этом и завершу тему, электрическое сопротивление проводника.

P.S. Несмотря на то, что медь и алюминий не самые лучшие проводники электрического тока (серебро лучше проводит электричество), их широкое применение обусловлено относильной дешевизной и большим количеством в природе.

electrohobby.ru

18. Электрическое сопротивление проводников. Электрическая проводимость. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементовэлектрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумяузлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же: 

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи: 

.

Параллельное соединение

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках: 

Напряжение на участках цепи АВ и на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: 

Резистор

При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно пропорциональные сопротивлению (то есть общая проводимость  складывается из проводимостей каждого резистора )

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему[1]. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиямиимпеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

где

R — сопротивление;

U — разность электрических потенциалов на концах проводника;

I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

Электри́ческая проводи́мость (электропроводность, проводимость) — способность тела проводить электрический ток, а такжефизическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей измеренияэлектрической проводимости является сименс (называемая также в некоторых странах Мо)[1].

Удельной проводимостью (удельной электропроводностью) называют меру способности вещества проводить электрический ток. Согласно закону Ома в линейном изотропном веществе удельная проводимость является коэффициентом пропорциональности между плотностью возникающего токаи величиной электрического поля в среде:

где

• —удельная проводимость,

• —вектор плотности тока,

• —вектор напряжённости электрического поля.

studfiles.net

Электрическое сопротивление проводника, проводимость материалов

Электрическое сопротивление проводника возникает при протекании по проводнику электрического тока. Т.е., когда при движении по проводнику электронов, происходит столкновение этих электронов с атомами проводника. При таком столкновении движущийся электрон выбивает из атома один из его свободных электронов и становится на его место, а часть энергии, полученной электроном от источника Э.Д.С., превращается в тепло, которое нагревает проводник. Выбитый электрон обладает уже меньшей энергией и с меньшей силой ударяет в следующий атом. Подобные столкновения испытывают многие, движущиеся по проводнику электроны, вследствие чего скорость их движения уменьшается и через поперечное сечение проводника будет протекать меньшее количество электронов (сила тока в цепи уменьшается). Можно сказать, что проводник оказывает противодействие протекающему по нему электрическому току. Такое свойство проводника и носит название электрического сопротивления проводника.

Чем длиннее проводник, меньше его поперечное сечение и больше его удельное сопротивление, тем больше сопротивление данного проводника.

R = Lρп / Sп

где:R - сопротивление проводника;L - длина проводника;ρп - удельное сопротивление материала проводника, т.е. сопротивление 1 см3;Sп - площадь поперечного сечения проводника.

Для измерения величины сопротивления введена единица измерения, которая носит название ом. Сопротивлением в 1 ом обладает ртутный столбик высотой в 106 см и поперечным сечением 1 мм2 при температуре 20° С (международный эталон).

Следует подчеркнуть, что под термином «сопротивление» понимают определённое свойство материала, провода или прибора. В этом смысле, например, говорят: лампа накаливания обладает сопротивлением 150 ом или провод имеет сопротивление 7 ом. Если же говорят об устройстве, предназначенном для включения в электрическую цепь с целью регулирования, уменьшения или ограничения тока цепи, то иногда под термином «сопротивление» подразумевают резистор.

Проводимость материалов

Иногда электропроводящие свойства проводника характеризуют не сопротивлением, а величиной, ему обратной. Эта величина носит название проводимости материалов

G = 1 / R

katod-anod.ru

6.2. Электрическое сопротивление проводников. Изменение сопротивления проводников от температуры и давления. Сверхпроводимость

Из выражения видно, что удельная электропроводимость проводников, а, следовательно, удельное электросопротивление и сопротивление зависят от материала проводника и его состояния. Состояние проводника может изменяться в зависимости от различных внешних факторов давления (механических напряжений, внешних сил, сжатия, растяжения и т.д., т.е. факторов, влияющих на кристаллическое строение металлических проводников) и температуры.

Электрическое сопротивление проводников (сопротивление) зависит от формы, размеров, материала проводника, давления и температуры:

. (6.21)

При этом зависимость удельного электрического сопротивления проводников и сопротивления проводников от температуры, как было установлено экспериментально, описывается линейными законами:

; (6.22)

, (6.23)

где t и o, Rt и Ro - соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при t = 0 oC;

или . (6.24)

Из формулы (6.23) температурная зависимость сопротивления проводников определяется соотношениями:

, (6.25)

где T – термодинамическая температура.

График зависимости сопротивления проводников от температуры представлен на рисунке 6.2. График зависимости удельного сопротивления металлов от абсолютной температуры T представлен на рисунке 6.3.

Согласно классической электронной теории металлов в идеальной кристаллической решетке (идеальном проводнике) электроны движутся, не испытывая электрического сопротивления ( = 0). С точки зрения современных представлений, причинами, вызывающими появление электрического сопротивления в металлах, являются посторонние примеси и дефекты кристаллической решетки, а также тепловое движение атомов металла, амплитуда которых зависит от температуры.

Правило Матиссена утверждает, что зависимость удельного электрического сопротивления от температуры (T) является сложной функцией, которая состоит из двух независимых слагаемых:

, (6.26)

где ост – остаточное удельное сопротивление;

ид – идеальное удельное сопротивление металла, которое соответствует сопротивлению абсолютно чистого металла и определяется лишь тепловыми колебаниями атомов.

На основании формул (6.25) удельное сопротивление идеального металла должно стремиться к нулю, когда T  0 (кривая 1 на рис. 6.3). Однако удельное сопротивление как функция температуры является суммой независимых слагаемых ид и ост. Поэтому в связи с наличием примесей и других дефектов кристаллической решетки металла удельное сопротивление (T) при понижении температуры стремится к некоторой постоянной конечной величине ост (кривая 2 на рис. 6.3). Иногда переходя минимум, несколько повышается при дальнейшем понижении температуры (кривая 3 на рис. 6.3). Величина остаточного удельного сопротивления зависит от наличия дефектов в решетке и содержания примесей, возрастает при увеличении их концентрации. Если количество примесей и дефектов кристаллической решетки свести к минимуму, то остается еще один фактор, влияющий на электрическое удельное сопротивление металлов, - тепловое колебание атомов, которое, как утверждает квантовая механика, не прекращается и при температуре абсолютного нуля. В результате этих колебаний решетка перестает быть идеальной, и в пространстве возникают переменные силы, действие которых приводит к рассеянию электронов, т.е. возникновению сопротивления.

В последствии было обнаружено, что сопротивление некоторых металлов (Al, Pb, Zn и др.) и их сплавов при низких температурах T (0,1420 К), называемых критическими, характерных для каждого вещества, скачкообразно уменьшается до нуля, т.е. металл становится абсолютным проводником. Впервые это явление, называемое сверхпроводимостью, обнаружено в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом для ртути. Было установлено, что при Т = 4,2 К ртуть, по-видимому, полностью теряет сопротивление электрическому току. Уменьшение сопротивления происходит очень резко в интервале нескольких сотых градуса. В дальнейшем потеря сопротивления наблюдалась и у других чистых веществ и у многих сплавов. Температуры перехода в сверхпроводящее состояние различны, но всегда очень низки.

Возбудив электрический ток в кольце из сверхпроводящего материала (например, с помощью электромагнитной индукции), можно наблюдать, что его сила в течение нескольких лет не уменьшается. Это позволяет найти верхний предел удельного сопротивления сверхпроводников (менее 10-25 Омм), что гораздо меньше, чем удельное сопротивление меди при низкой температуре (10-12 Омм). Поэтому принимается, что электрическое сопротивление сверхпроводников равно нулю. Сопротивление до перехода в сверхпроводящее состояние бывает самым различным. Многие из сверхпроводников при комнатной температуре имеют довольно высокое сопротивление. Переход в сверхпроводящее состояние совершается всегда очень резко. У чистых монокристаллов он занимает интервал температур меньший, чем одна тысячная градуса.

Сверхпроводимостью среди чистых веществ обладают алюминий, кадмий, цинк, индий, галлий. В процессе исследований оказалось, что структура кристаллической решетки, однородность и чистота материала оказывают значительное влияние на характер перехода в сверхпроводящее состояние. Это видно, например, на рисунке 6.4, на котором приведены экспериментальные кривые перехода в сверхпроводящее состояние олова различной чистоты (кривая 1 – монокристаллическое олово; 2 – поликристаллическое олово; 3 – поликристаллическое олово с примесями).

В 1914 г. К. Оннес обнаружил, что сверхпроводящее состояние разрушается магнитным полем, когда магнитная индукция B превосходит некоторое критическое значение. Критическое значение индукции зависит от материала сверхпроводника и температуры. Критическое поле, разрушающее сверхпроводимость, может быть создано и самим сверхпроводящим током. Поэтому имеется критическая сила тока, при которой сверхпроводимость разрушается.

В 1933 г. Мейсснер и Оксенфельд обнаружили, что внутри сверхпроводящего тела полностью отсутствует магнитное поле. При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объема. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении удельного сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объеме должна сохраняться без изменения. Явление вытеснения магнитного поля из объема проводника называется эффектом Мейсснера. Эффект Мейсснера и отсутствие электрического сопротивления являются важнейшими свойствами сверхпроводника.

Отсутствие магнитного поля в объеме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нем существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри проводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведет себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, поскольку внутри его намагниченность (вектор намагничивания) равна нулю.

Чистые вещества, у которых наблюдается явление сверхпроводимости, немногочисленны. Чаще сверхпроводимость наблюдается у сплавов. У чистых веществ имеет место только эффект Мейсснера, а у сплавов не происходит полного выталкивания магнитного поля из объема (наблюдается частичный эффект Мейсснера).

Вещества, в которых наблюдается полный эффект Мейсснера, называются сверхпроводниками первого рода, а частичный – сверхпроводниками второго рода.

У сверхпроводников второго рода в объеме имеются круговые токи, создающие магнитное поле, которое, однако, заполняет не весь объем, а распределено в нем в виде отдельных нитей. Что же касается сопротивления, то оно равно нулю, как и у сверхпроводников первого рода.

По своей физической природе сверхпроводимость является сверхтекучестью жидкости, состоящей из электронов. Сверхтекучесть возникает из-за прекращения обмена энергией между сверхтекучей компонентой жидкости и ее другими частями, в результате чего исчезает трение. Существенным при этом является возможность "конденсации" молекул жидкости на низшем энергетическом уровне, отделенном от других уровней достаточно широкой энергетической щелью, которую силы взаимодействия не в состоянии преодолеть. В этом и состоит причина выключения взаимодействия. Для возможности нахождения на низшем уровне многих частиц необходимо, чтобы они подчинялись статистике Бозе-Эйнштейна, т.е. обладали целочисленным спином.

Электроны подчиняются статистике Ферми-Дирака и поэтому не могут "конденсироваться" на низшем энергетическом уровне и образовывать сверхтекучую электронную жидкость. Силы отталкивания между электронами в значительной степени компенсируются силами притяжения положительных ионов кристаллической решетки. Однако благодаря тепловым колебаниям атомов в узлах кристаллической решетки между электронами может возникнуть сила притяжения, и они тогда объединяются в пары. Пары электронов ведут себя как частицы с целочисленным спином, т.е. подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Они могут конденсироваться и образовывать ток сверхтекучей жидкости электронных пар, который и образует сверхпроводящий электрический ток. Выше низшего энергетического уровня имеется энергетическая щель, которую электронная пара не в состоянии преодолеть за счет энергии взаимодействия с остальными зарядами, т.е. не может изменить своего энергетического состояния. Поэтому электрическое сопротивление отсутствует.

Возможность образования электронных пар и их сверхтекучести объясняется квантовой теорией.

Практическое использование сверхпроводящих материалов (в обмотках сверхпроводящих магнитов, в системах памяти ЭВМ и др.) затруднено из-за низких их критических температур. В настоящее время обнаружены и активно исследуются керамические материалы, обладающие сверхпроводимостью при температурах выше 100 К (высокотемпературные сверхпроводники). Явление сверхпроводимости объясняется квантовой теорией.

Зависимость сопротивления проводников от температуры и давления используется в технике для измерения температуры (термометры сопротивления) и больших быстроизменяющихся давлений (электрические тензометры).

В системе СИ удельное электрическое сопротивление проводников измеряется в Омм, а сопротивление – в Ом. Один Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течет постоянный ток силой 1А.

Электрической проводимостью называется величина, определяемая по формуле

. (6.27)

В системе СИ единицей проводимости является сименс. Один сименс (1 См) – проводимость участка цепи сопротивлением 1 Ом.

studfiles.net

электрическое сопротивление | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Вещество (металл) из которого сделан проводник влияет на прохождение через него электрического тока и характеризуется с помощью такого понятия, как электрическое сопротивление.Электрическое сопротивление зависит от размеров проводника, его материала, температуры:

• -чем длиннее провод, тем чаще движущиеся свободные электроны (носители тока) будут сталкиваться на своем пути с атомами и молекулами вещества — сопротивление проводника возрастaет;
• — чем больше поперечное сечение проводника, тем свободным электронам становится просторнее, число столкновений уменьшается — электрическое сопротивление проводника уменьшается.

Вывод: чем длиннее проводник и меньше его сечение, тем больше его сопротивление и наоборот - чем провод короче и  толще, тем сопротивление его меньше, а проводимость (способность пропускать эл. ток) его лучше.

Упрощенно, зависимость сопротивления проводника от температуры можно представить так: электроны, движущиеся вдоль проводника, сталкиваются с атомами и молекулами самого проводника и передают им свою энергию. В результате проводник нагревается, тепловое, беспорядочное движение атомов и молекул увеличивается. Это еще больше тормозит основной поток электронов вдоль проводника. Этим объясняется увеличение сопротивления проводника прохождению электрического тока при нагреве.

При нагреве или охлаждении проводников — металлов, сопротивление их соответственно увеличивается или уменьшается, из расчета 0,4 % на каждый 1 градус. Это свойство металлов используется при изготовлении датчиков температуры.

Полупроводники и электролиты имеют противоположное свойство, чем проводники — с увеличением температуры нагрева их сопротивление уменьшается.

За единицу измерения электрического сопротивления принят 1 Ом (в честь ученого Г.Ома).      Сопротивлению в 1 Ом  равен  участок электрической цепи, по которому проходит ток в 1 Ампер при падении на нем напряжения в 1 Вольт,

Иногда пользуются величиной обратной электрическому сопротивлению. Это электрическая проводимость, обозначается буквой g или G – Сименс (в честь ученого Э.Сименса).

Электрической проводимостью называется способность вещества пропускать через себя электрический ток. Чем больше сопротивление R проводника, тем меньше его проводимость G и наоборот. 1 Ом = 1 Сим

Производные единицы:

1Сим = 1000мСим, 1Сим = 1000000мкСим.

Когда необходимо посчитать общее сопротивление последовательно соединенных проводников, то удобнее оперировать с Омами. если вычисляется общее сопротивление параллельно соединенных проводников, удобней считать в Симах, а потом преобразовать в Омы.

Наибольшей проводимостью обладают металлы: серебро, медь, алюминий и др., а также растворы солей, кислот и др. Наименьшая проводимость (наибольшее сопротивление) у изоляторов: слюда, стекло, асбест, керамика и т.д...

Чтобы удобнее проводить расчеты электрического сопротивления проводников, изготовленных из различных металлов, ввели понятие удельного сопротивления проводника.Сопротивление проводника длиной 1 метр, сечением 1 мм. кв. при температуре + 20 градусов, это будет удельное сопротивление проводника «p».

Удельные сопротивления проводников некоторых металлов приведены в таблице.

Из таблицы видно: из металлов, наилучшей проводимостью обладает серебро. Но оно очень дорого и в качестве проводников используется в исключительных случаях.

Медь и алюминий — наиболее распространенные материалы в электротехнике. Из них изготавливаются провода и кабели, электрические шины и пр. Вольфрам, константан, манганин используются в различных нагревательных приборах, при изготовлении проволочных резисторов.

Используя провода и кабели в электроустановках, необходимо учитывать их сечение, чтобы предотвратить их нагрев и, как правило, порчу изоляции, а также уменьшить падение напряжения и потерю мощности при передаче электрической энергии от источника до потребителя.

Ниже приведена таблица допустимых величин тока в проводнике в зависимости от его диаметра (сечения в мм.кв.), а так же сопротивление 1 метра провода, изготовленного из разных материалов.Примеры расчето внекоторых электрических цепей можно посмотреть здесь.

domasniyelektromaster.ru

• 
  Прожектор с датчиком освещенности и движения
• 
  Проверка сопротивления изоляции электродвигателя мегаомметром
• 
  Заземляющий резистор
• 
  Физические и химические свойства природного газа
• 
  Меры предосторожности при регулировании горения топлива
• 
  Эл ток это
• 
  Распределительная шина
• 
  Ремонт первичной обмотки трансформатора
• 
  Проверка знаний в ростехнадзоре по электробезопасности
• 
  Подключение по схеме треугольник по схеме звезда
• 
  Как включить газ