Какова природа электрического сопротивления металлов: Какова природа электрического сопротивления электролитов

Содержание

Какова природа электрического сопротивления электролитов — MOREREMONTA

Сообщений 2

Тема: Физическая природа электрического сопротивления

Физическая природа электрического сопротивления

Консультант Moderators

Re: Физическая природа электрического сопротивления

Физическая природа электрического сопротивления заключается в следующем: во время движения в проводнике свободные электроны сталкиваются на своем пути с положительными ионами, атомами и молекулами вещества, из которого выполнен проводник, и передают им часть своей энергии. При этом энергия движущихся электронов в результате столкновения их с атомами и молекулами частично выделяется и рассеивается в виде тепла, нагревающего проводник. Ввиду того что электроны, сталкиваясь с частицами проводника, преодолевают некоторое сопротивление движению, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением. Если сопротивление проводника мало, он сравнительно слабо нагревается током; если сопротивление велико, проводник может раскалиться.

Оставляя отзыв о работе технического специалиста в социальных сетях, вы помогаете делать нашу работу еще лучше.

Электрическое сопротивление

Опубликовано вт, 05/20/2014 — 09:58 пользователем admin

О природе электрического сопротивления

Просто об электрическом сопротивлении. Электрическое сопротивление — свойство (способность) проводника препятствовать прохождению электрического тока. Обозначается электрическое сопротивление обычно латинской буквой R, единица электрического сопротивления в СИ — Ом.

Во время своего движения носители электрических зарядов взаимодействуют с атомами проводника и при этом отдают энергию. Это приводят к потерям энергии носителями заряда, и ток через проводник уменьшается. Атомы, которые находятсяся в колебательном движении вокруг положения равновесия, увеличивают амплитуду колебания. Таким образом, энергия электрического поля преобразуется в энергию колебания атомов — в тепло.

Электрическое сопротивление зависит от свойства самого проводника, которое называют удельным сопротивлением или сопротивляемостью, и обозначают буквой ρ (попросту говоря, от количества электронов, которые могут отрываться от своих атомов и становиться свободными).

Электрическое сопротивление также зависит от длины самого проводника: чем длиннее проводник, тем большее сопротивление он оказывает электрическому току, который через него проходит.

Электрическое сопротивление также зависит от площади поперечного сечения проводника: чем больше эта площадь, тем больше электронов могут одновременно пройти через проводник и, соответственно, тем меньше будет сопротивление.

Для проводника длиной L (см) и поперечным сечением S (см 2 ) электрическое сопротивление определяется по формуле

где ρ — удельное сопротивление — сопротивление проводника кубической формы с единичными размерами. Наименьшее значение ρ для серебра и золота, поэтому эти материалы используют для изготовления контактов в микросхемах.

Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом), килоомах (кОм), Мегом (мОм). 1 Ом — это примерно сопротивление медного провода длиной 62 метра, имеющего площадь поперечного сечения 1 мм 2 .

Ниже показана очень-очень простая электрическая цепь: источник питания — батарейка, рубильник (замыкающий цепь) и два проводника, которые соединяют «+» и «-» источника питания с рубильником. Как только контакты рубильника соединятся, по цепи начнет проходить ток, тоненькие проводники оказывают прохождению тока очень маленькое сопротивление и батарейка быстро разряжается.

Ниже показана та же простая электрическая цепь, но в неё уже включена электрическая лампочка. Как только контакты рубильника соединяются, по цепи начинает проходить ток, тоненькие проводники оказывают прохождению тока очень маленькое сопротивление, однако теперь в цепи есть электрическая лампочка с нитью накаливания, которую делают из вольфрама — проводника, и она оказывает очень сильное электрическое сопротивление электрическому току.

Температура вольфрамовой нити накаливания резко возрастает после появления тока. Нить накаливания начинает излучать электромагнитные волны (а мы помним, что свет является электромагнитными волнами). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов (чаще всего это 2300 — 2900 ° C), в идеале 6000 ° C (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребленной электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, другую часть — в тепло. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение.

Все это происходит благодаря свойству проводника сопротивляться электрическому току и уму человека, который сумел использовать это свойство для своих нужд.

Природа электрического тока в металлах. Сверхпроводимость.

Природа электрического тока в металлах.
Металлы обладают электронной проводимостью. Экспериментальные доказательства: Опыт К. Рикке: пропускал ток в сотни ампер в течение длительного времени. Ожидал: в алюминии появится медь. Результат: отрицательный, т. е. ток не является направленным движением ионов.
Опыт Стюарта-Толмена: 1913 r. — Мандельштам — Папалекси предложили, 1916 г. — Стюарт — Толмен осуществили экспериментально. Длина l _{провода}=500 м (в катушке). Катушка вращалась с v =500 м/с: при резком торможении свободные частицы двигались по инерции. По отклонению стрелки гальванометра определяли удельный заряд, по направлению отклонения — знак заряда.
Электронная теория металлов (П. Друде, Г.А.Лоренц) Свободные электроны в металлах ведут себя как молекулы идеального газа. но v_эл>> v_тепл. Движение свободных электронов в металлах подчиняется законам Ньютона. Свободные электроны в процессе хаотичного движения сталкиваются преимущественно с ионами кристаллической решетки. Двигаясь до следующего столкновения с ионами, электроны ускоряются электрическим полем и приобретают кинетическую энергию Е_к. Построить удовлетворительную количественную теорию движения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Но можно примерно объяснить закон Ома.
— зависимость удельного сопротивления металла от температуры, гдеa — температурный коэффициент сопротивления (табличная величина). Полностью правильно объяснить проводимость металлов позволяет только квантовая теория.
Сверхпроводимость.
Явление открыто Х.Камерлинг-Оннесом (Голландия) в 1911 г. на ртути и заключается в том, что при сверхнизких температурах сопротивление проводника может скачком падать до 0. Т.е. в таких проводниках не расходуется энергия на нагревание. В 1933 г. В.Мейснер открыл явление, состоящее в том, что внешнее магнитное поле не проникает в глубь сверхпроводника, если величина магнитного поля меньше критического значения (эффект Мейснера). В настоящее время открыты предсказанные В.Гинзбургом высокотемпературные сверхпроводники (температуры выше температуры жидкого азота).

Занятие 39. Тема: Электрический ток в металлах. Зависимость сопротивления металлов, от температуры. Сверхпроводимость.

удельный заряд электрона

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ 1. Все металлы являются проводниками тока и состоят из пространственной кристаллической решетки, узлы которой совпадают с центрами положительных

Подробнее

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

Кафедра экспериментальной физики СПбГПУ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 202 ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА И ПОЛУПРОВОДНИКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ Определение температурного коэффициента сопротивления

Подробнее

Проводники, диэлектрики, полупроводники: физические явления, свойства, состав, классификация, области применения

Проводники, диэлектрики, полупроводники: физические явления, свойства, состав, классификация, области применения www. themegallery.com Тушминцева С.И. План: I. Понятие электроники II. Классификация веществ.

Подробнее

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1 1. Три источника тока с ЭДС ξ 1 = 1,8 В, ξ 2 = 1,4 В, ξ 3 = 1,1 В соединены накоротко одноименными полюсами. Внутреннее сопротивление первого источника r 1 = 0,4 Ом, второго

Подробнее

Капельная модель электрона и атома

Капельная модель электрона и атома F. F. Mnd http://fmnauka.narod.ru/works.html [email protected] В статье рассмотрена капельная модель электрона и атома, предполагающая существование электрона, как в виде

Подробнее

КЭС (контролируемый элемент содержания)

Часы учебного времени Наименование раздела и тем урока 1. Что изучает физика. Физические явления, наблюдения и опыты Раздел 1. Механика 2. Механическое движение, виды движений, его характеристики. 3. Классификация

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.6 ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Минск

Подробнее

11а класс, учебный год

Календарно-тематическое планирование по физике (среднее общее образование, профильный уровень) 11а класс, 2016-2017 учебный год Изучаемая тема и тема Повторение материала X класса (2 часа) 1н IX 1 Механика.

Подробнее

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. ФИЗИКА.

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. ФИЗИКА. Постоянный электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Подробнее

Старкова Евгения Евгеньевна

Старкова Евгения Евгеньевна Методическая часть урока Цель: повторение и закрепление знаний по атомной физике и истории ее становления. Задачи: образовательные: дать общую картину развития атомной физики,

Подробнее

ee m 2 ρ 2 2m U R x = R A. (5) I

Методические указания к выполнению лабораторной работы.1.7 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ Аникин А.И., Фролова Л.Н. Электрическое сопротивление металлов: Методические указания к выполнению лабораторной

Подробнее

ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ

ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ Зависимость плотности тока от скорости дрейфа свободных зарядов. Плотностью тока называется вектор, определяемый соотношением Рис. 1 где сила тока на участке, площадь

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

509 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.6 ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Подробнее

Предметные результаты (на базовом уровне):

Аннотация Рабочая программа по физике составлена в соответствии со стандартом общего образования (приказ Минобразования России «Об утверждении федерального компонента государственных стандартов начального

Подробнее

Лекция 4 Ток в вакууме. Полупроводники

Лекция 4 Ток в вакууме. Полупроводники Электрический ток в вакууме. Вакуумный диод Если два электрода поместить в герметичный сосуд и удалить из сосуда воздух, то, как показывает опыт, электрический ток

Подробнее

Севастополь 2016 год

Государственное бюджетное образовательное учреждение города Севастополя «Средняя общеобразовательная школа 52 имени Ф. Д.Безрукова» Рабочая программа по предмету «Физика» для 8 класса на 2016/2017 учебный

Подробнее

11и, с класс, учебный год

Календарно-тематическое планирование по физике (среднее общее образование, профильный уровень) 11и, с класс, 2017-2018 учебный год Изучаемая тема и тема Повторение материала X класса (2 часа) 1н IX 1 Механика.

Подробнее

Электрический ток в газах

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Электрический ток в газах Темы кодификатора ЕГЭ: носители свободных электрических зарядов в газах. При обычных условиях газы состоят из электрически нейтральных

Подробнее

Бакулова Н.В. НГТУ Страница 4

ВАРИАНТ 1 1. Оголенный проводник сложили в 2 раза. Как изменится его сопротивление? Как изменится его вольт-амперная характеристика? Изобразить графически в относительных единицах. 2. Подсчитайте общее

Подробнее

галактики, Вселенная.

При составлении программы следующие правовые документы 10-11классы были использованы федеральный компонент государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике, утвержденный в 2004

Подробнее

Глава 9 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Глава 9 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ 9.1. КОНДЕНСАТОРЫ И ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 9.1.1. Электростатика проводников (напряженность внутри проводника, эквипотенциальность, заряд на поверхности). Конденсатор и его

Подробнее

ФИЗИКА ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОКР 2

ФИЗИКА ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОКР 2 1.1. По мере удаления от заряда напряженность поля, создаваемого им, А) усиливается; В) не изменяется; Б) ослабевает; Г) однозначного ответа нет. 1.2. Движение каких

Подробнее

S E.

j J V _. J b

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 66 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА 1. Цель работы Целью работы является изучение эффекта Холла в полупроводниках, определение коэффициента Холла, концентрации и подвижности носителей тока.

Подробнее

Powered by TCPDF (

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Рабочая программа по физике (11класс) Пояснительная записка Рабочая программа по физике составлена в соответствии с федеральным компонентом государственного стандарта среднего

Подробнее

Закон Ома для участка цепи

В курсе физики основной школы вы уже познакомились с определением электрического тока и основными действиями тока. Напомним, что электрическим тоном называют направленное движение электрически» зарядов.

За направление электрического тока условно принимают направление движения положительно заряженных частиц. В металлах носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, и направление движения электронов противоположно направлению тока. На рисунке 57.1 электроны схематически изображены зелеными отрицательно заряженными шариками, которые движутся вправо, а направление тока отмечено синей стрелкой.
Отношение заряда q, который переносится через поперечное сечение проводника за промежуток времени t, к этому промежутку времени называют силой тока:

I = q/t. (1)

(Это не совсем удачное название, поскольку сила тока – вовсе не «сила» в ее механическом понимании; однако это название настолько прижилось в науке и технике, что его пока не решаются изменить.)

Единицей силы тока является 1 ампер (обозначают А). Эта единица названа в честь французского ученого А. М. Ампера. (Определение ампера будет приведено в курсе физики 11-го класса. ) Если сила тока в проводнике равна 1 А, то через поперечное сечение проводника ежесекундно проходит заряд, равный 1 Кл. Сила тока в 1 А – обычна в электротехнике: например, сила тока в электрическом чайнике равна примерно 10 А.

Какова скорость направленного движения электронов? Когда замыкают электрическую цепь, электрический ток возникает практически сразу во всей цепи: свободные заряды в проводах приводятся в движение электрическим полем, распространяющимся вдоль проводов со скоростью света.

Скорость же направленного движения электронов очень мала. Расчеты показывают, что при силе тока 1 А в медном проводе сечением 1 мм2 средняя скорость направленного движения электронов составляет около 0,1 мм/с. Это меньше скорости улитки!

Подчеркнем, однако, что так мала скорость именно направленного движения электронов. Скорость же хаотического движения электронов в металле составляет десятки тысяч километров в секунду.

Действие электрического тока

Тепловое действие тока проявляется в том, что проводник, о которому идет ток, нагревается.

Химическое действие тока проявляется в том, что вследствие прохождения тока могут происходить химические реакции.

Магнитное действие тока проявляется в том, что проводники с токами взаимодействуют друг с другом. Особенностью магнитного действия тока является то, что оно присутствует всегда (химическое действие тока отсутствует при прохождении тока через металлы, а тепловое – при прохождении ока через сверхпроводники). Поэтому именно магнитное действие тока обычно используют для измерения силы тока.

2. Закон Ома для участка цепи

В начале 19-го века немецкий физик Георг Ом установил на опыте, что при постоянной температуре отношение напряжения на концах металлического проводника к силе тока в нем постоянно. Это отношение называют сопротивлением проводника и обозначают R:

R = U/I.

Это соотношение, записанное в виде

I = U/R, (2)

называют законом Ома для участка цепи.

В дальнейшем было установлено, что закон Ома с хорошей точностью выполняется не только для металлических проводников, но и для электролитов.
Единицей сопротивления является 1 ом (обозначается Ом). 1 Ом – это сопротивление такого проводника, сила тока в котором равна 1 А при напряжении на его концах 1 В.

Чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила ока в нем при том же напряжении на концах проводника.

? 1. На рисунке 57.2 изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников.

а) У какого проводника сопротивление больше?
б) Чему равно сопротивление каждого проводника?

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения на его концах называют вольтамперной характеристикой проводника.

Удельное сопротивление

Опыты показывают, что сопротивление R провода прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:

R = ρ(l/S). (3)

Коэффициент пропорциональности ρ в этой формуле зависит от вещества, из которого изготовлен провод. Его называют удельным сопротивлением вещества.

Наименьшее удельное сопротивление у серебра: оно составляет 1,6 * 10^-8 Ом * м. Чуть больше удельное сопротивление меди (1,7 * 10^-8 Ом * м), но зато медь намного дешевле серебра и поэтому ее широко используют для изготовления соединительных проводов. С этой же целью часто используют и алюминий: хотя его удельное сопротивление (2,8 * 10^-8 Ом * м) примерно в полтора раза больше, чем у меди, зато он намного дешевле.

? 2. Длина медного провода 10 м, а его масса равна 89 г. Плотность меди 8,9 * 10³ кг/м³.
а) Чему равна площадь поперечного сечения провода?
б) Чему равно сопротивление провода?

Из сплавов с большим удельным сопротивлением изготовляют термоэлектрические нагреватели (ТЭНы).

3. Природа электрического сопротивления. Зависимость сопротивления от температуры

Электролиты. Свободными зарядами в электролитах являются положительные и отрицательные ионы. При повышении температуры увеличивается доля молекул, распавшихся а ионы, и поэтому увеличивается число ионов – носителей заряда. Поэтому сопротивление электролитов при повышении температуры уменьшается.

Металлы. Поначалу ученые считали, что электрическое сопротивление металлов обусловлено столкновениями свободных электронов с ионами кристаллической решетки. Однако расчет удельного сопротивления металлов, выполненный в этом предположении, очень сильно противоречил опыту: измеренное на опыте сопротивление было в тысячи раз меньше расчетного.

Природу электрического сопротивления металлов ученые могли понять в 20-м веке на основе квантовой теории. Исследования показали, что свободные электроны движутся сквозь кристаллическую решетку почти без столкновений, как бы плавно обтекая ионы в ее узлах. Такое поведение электронов больше напоминает движение волн, чем движение частиц. Волновыми свойствами электронов объясняется и строение атома. Подробнее мы расскажем об атом в курсе физики 11-го класса.

Если бы кристаллическая решетка была идеально периодической, то электронная волна проходила бы сквозь кристалл, не отклоняясь от своего направления. А в таком случае электрическое сопротивление металла должно было бы равняться нулю. (И действительно, на опыте обнаружено, что сопротивление некоторых металлов и сплавов при достаточно низкой температуре становится равным нулю. Это явление назвали сверхпроводимостью.)

Однако на самом деле кристаллическая решетка не является идеально периодической. Периодичность нарушают примеси и дефекты решетки, а также отклонения ионов от своих равновесных положений вследствие тепловых колебаний. Именно из-за нарушений регулярности решетки электронная волна рассеивается. Это и является причиной электрического сопротивления металлов.

При нагревании усиливаются тепловые колебания ионов, то увеличивает отклонение кристаллической решетки от идеальной периодичности. Это объясняет, почему удельное сопротивление металлов при нагревании быстро увеличивается. Например, сопротивление нити накала электрической лампы накаливания в рабочем состоянии примерно в 10 раз больше, ем при комнатной температуре.

Удельное сопротивление чистых металлов прямо пропорционально абсолютной температуре.

? 3. На рисунке 57.3 изображены вольтамперные характеристики металлического провода и электролита. При увеличении напряжения температура проводников увеличивается. Каким цветом обозначена вольтамперная характеристика металлического провода, а каким – электролита?

4. Последовательное и параллельное соединение проводников

С этими типами соединения пров из курса физики основной школы.

Последовательное соединение

На схеме (рис. 57.4) показано последовательное соединение двух проводников.

Найдем общее сопротивление двух последовательно соединенных проводников сопротивлением R₁ и R₂. По определению общее сопротивление проводников R = U/I, где U – напряжение между точками a и b, а I — сила тока, одинаковая для обоих проводников:

I = I₁ = I₂. (4)

Напряжение между точками a и b равно сумме напряжений на каждом из проводников:

U = U₁ + U₂. (5)

(Это следует из тою, что работа электростатического поля по перемещению заряда по двум последовательно соединенным проводникам на сумме работ по перемещению заряда по каждому проводнику.)

? 4. Объясните, почему из формул (4) и (5) следует, что сопротивление двух последовательно соединенных проводников выражается формулой

R = R₁ + R₂. (6)

? 5. На рисунке 57.5 изображена схема последовательного соединения и проводников.

Докажите, что общее сопротивление n последовательно соединенных проводников выражается формулой

R = R₁ + R₂ + … + R_n.

? 6. Объясните, почему при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи больше сопротивления любого из проводников.

? 7. Чему равно сопротивление и одинаковых последовательно соединенных проводников сопротивлением r каждый?

? 8. Объясните, почему отношение направлений на двух последовательно соединенных проводниках равно отношению сопротивлений этих проводников:

U₁/U₂ = R₁/R₂. (7)
Подсказка. Воспользуйтесь законом Ома для участка цепи н тем, что при последовательном соединении проводников сила тока в них одинакова.

? 9. Сопротивление двух последовательно соединенных проводников в 5 раз больше сопротивления одного из них. Чему равно отношение сопротивлений проводников?

? 10. Напряжение на концах участка цепи, состоящего из двух последовательно соединенных проводников, равно 12 В. При этом напряжение на первом проводнике равно 4 В, а сила тока во втором проводнике равна 2 А.
а) Чему равно напряжение на втором проводнике?
б) Чему равны сопротивления проводников?

Параллельное соединение

На схеме (рис. 57.6) показано параллельное соединение двух проводников.

Найдем общее сопротивление двух параллельно соединенных проводников сопротивлениями R₁ и R₂.

По определению общее сопротивление проводников R = U/I, где U – напряжение между точками a и b, а I – суммарная сила тока во всем участке цепи, состоящем из этих проводников. В данном случае она равна сумме сил токов в проводниках:

I = I₁ + I₂. (8)

Напряжение на концах параллельно соединенных проводников одинаково, потому что их концы совпадают:

U = U₁ = U₂. (9)

? 11. Объясните, почему из формул (8) и (9) следует, что сопротивление двух последовательно соединенных проводников связано с их сопротивлениями соотношениями

1/R = 1/R₁ + 1/R₂, (10)
R = (R₁R₂)/(R₁ + R₂). (11)

Подсказка. Для доказательства формулы (10) воспользуйтесь формулой R = U/I, а также формулами (8) и (9). Формула (11) следует из формулы (10).

? 12. Сопротивление двух параллельно соединенных проводников в 6 раз меньше сопротивления одного из них. Чему равно отношение сопротивлений проводников?

? 13. На рисунке 57.7 изображена схема параллельного соединения n проводников. Докажите, что общее сопротивление этих проводников связано с их сопротивлениями соотношением

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1/R_n.

? 14. Объясните, почему при параллельном соединении проводников общее сопротивление цепи меньше сопротивления любого из проводников.

? 15. Чему равно сопротивление и одинаковых параллельно соединенных проводников сопротивлением r каждый?

? 16. Объясните, почему отношение сил тока в двух параллельно соединенных проводниках обратно отношению сопротивлений этих проводников:

I₁/I₂ = R₂/R₁. (12)

Подсказка. Воспользуйтесь законом Ома для участка цепи тем, что при параллельном соединении проводников напряжение на них одинаково.

? 17. Сила тока в участке цепи, состоящем из двух параллельно соединенных проводников, равна 3 А. При этом сила тока в первом проводнике равна 1 А, а напряжение на втором проводнике равно 6 В.
а) Чему равна сила тока во втором проводнике?
б) Чему равны сопротивления проводников?

? 18. Если два проводника соединить последовательно, то напряжения на их концах оказываются одинаковыми. Будут ли одинаковыми значения силы тока в этих проводниках, если их соединить параллельно? Поясните ваш ответ.

? 19. При параллельном соединении двух проводников сила тока в первом проводнике равна 2 А, а во втором проводнике – 6 А. Чему равно напряжение на первом проводнике при их последовательном соединении, если напряжение на втором проводнике равно 12 В?

5. Измерение силы тока и напряжения

Из курса физики основной школы вы уже знаете, что силу тока измеряют амперметром, а напряжение — вольтметром.

? 20. Объясните, почему для измерения силы тока в проводнике амперметр надо подключать к этому проводнику последовательно (рис. 57.8).

? 21. Объясните, почему для измерения напряжения на концах проводника вольтметр надо подключать к этому проводнику параллельно (рис. 57.9).

Для повышения точности измерительный прибор не должен заметно изменять значение измеряемой физической величины.

? 22. Исходя из этого, объясните, почему сопротивление амперметра должно быть малым по сравнению с сопротивлением проводника, в котором измеряют силу тока, а сопротивление вольтметра – большим по сравнению с сопротивлением проводника, на котором измеряют напряжение.

Амперметр называют идеальным, если его сопротивлении можно пренебречь, а вольтметр называют идеальным, если его сопротивление можно считать бесконечно большим.

Дополнительные вопросы и задания

23. В вашем распоряжении четыре резистора сопротивлением 1 Ом каждый. Какие значения сопротивления можно получить, используя эти резисторы? Не обязательно использовать все резисторы. Сделайте пояснительные чертежи.

24. Провод сопротивлением R разрезали на пять равных частей и сделали из них один многожильный провод. Чему равно его сопротивление?

25. Из проволоки сопротивлением R сделано кольцо. Чему будет равно сопротивление, если подключать к кольцу провода, как указано на рисунках 57.10, а, б, в?

26. Два медных провода одинаковой длины l соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения. Диаметр первого провода в 3 раза больше диаметра второго провода.
а) Сопротивление какого провода больше? Во сколько раз больше?
б) На концах какого провода напряжение больше? Во сколько раз больше?
в) В каком проводе напряженность электрического поля больше? Во сколько раз больше?
г) Какими были бы ответы на вопросы а – в, если бы длина первого провода была в 3 раза больше длины второго?

27. Металлическая проволока массой m имеет сопротивление R. Плотность металла d, удельное сопротивление ρ.
а) Напишите формулу, выражающую массу провода через d, площадь поперечного сечения S и длину l.
б) Напишите формулу, выражающую R через ρ, l, S.
в) Выразите l и S через m, R, ρ.

Закон Ома для участка цепи. 10 класс — презентация на Slide-Share.ru 🎓

Первый слайд презентации: Закон Ома для участка цепи. 10 класс

Изображение слайда

Слайд 2: Теоретическая часть

Задание 1:
Внимательно прочитайте § 57, п. 1,2,3 учебного пособия.
Кратко ответьте на предложенные вопросы (составить ОК по вопросам)

Изображение слайда

Слайд 3: Вопросы:

Что называют электрическим током? Что принято за направление тока? Какие условия необходимы для существования электрического тока?
Какие действия оказывает электрический ток на проводник?
Что называют силой тока? Единица измерения силы тока. Как найти силу тока?
Что называют напряжением и как его найти?
Что называют электрическим сопротивлением?
Как найти электрическое сопротивление?
Как формулируется закон Ома для участка цепи?
Каким прибором измеряют силу тока, напряжение и сопротивление?
Какова природа электрического сопротивления электролитов и металлов?

Изображение слайда

Слайд 4

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.
Условия существования электрического тока:
1) наличие свободных заряженных частиц
2) сила, действующая на заряженные частицы со стороны электрического поля.
За направление тока условно принимают то направление, в котором должны двигаться положительные заряды.
О наличии электрического тока в проводниках можно судить по тем действиям, которые ток производит:
нагреванию проводников,
созданию вокруг проводников магнитного поля,
выделению веществ, входящих в состав электролита, на опущенных в раствор электродах.

Изображение слайда

Изображение для работы со слайдом

Слайд 5

СИЛА ТОКА – это скалярная физическая величина, равная отношению заряда, переносимого через сечение проводника за малый промежуток времени, к этому промежутку времени.
Величина
Единицы измерения
СИ
I
A ( Ампер)

Изображение слайда

Слайд 6

Напряжение -это скалярная физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению единичного заряда из одной точки поля в другую.
Напряжение совпадает с разностью потенциалов двух точек электрического поля.
Напряжение является энергетической характеристикой электрического поля.
Величина
Единицы измерения
СИ
U
В ( Вольт)

Изображение слайда

Слайд 7

СОПРОТИВЛЕНИЕ электрическое – это скалярная физическая
величина, характеризующая противодействие проводника
электрическому току.
Величина
Единицы измерения
СИ
R
Ом
Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Изображение слайда

Изображение для работы со слайдом

Слайд 8: ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

Формулировка: Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на его концах к сопротивлению этого участка.

Изображение слайда

Изображение для работы со слайдом

Слайд 9: Задачи:

По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?
Вычислите сопротивление нихромовой проволоки, длина которой 150 м, а площадь поперечного сечения 0,2 мм 2. ( ρ=110*10 -8 Ом*м)
Электрический утюг включен в сеть с напряжением 220 В. Какова сила тока в нагревательном элементе утюга, если сопротивление его 48,4 Ом.
Через проводник длиной 12 м и сечением 0,1 мм 2, находящийся под напряжением 220 В, протекает ток 4 А. Определите удельное сопротивление проводника.

Изображение слайда

Слайд 10: Практическая часть

Задание:
Решите в рабочей тетради, предложенные вам задачи.

Изображение слайда

Слайд 11: Критерии оценки:

За правильно выполненные 4 задачи – оценка «5»
За правильно выполненные 3 задачи – оценка «4»
За правильно выполненные 2 задачи – оценка «3»

Изображение слайда

Слайд 12: Домашнее задание:

§ 57, п. 1,2,3;
завершить работу к 30.04 и фото выполненной работы отправить учителю.
СПАСИБО ЗА РАБОТУ!

Изображение слайда

Последний слайд презентации: Закон Ома для участка цепи. 10 класс: Скачано с www.znanio.ru

Изображение слайда

Что показывает температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления численно равен

Металл	Удельное сопротивление ρ при 20 ºС, Ом*мм²/м	Температурный коэффициент сопротивления α, ºС -1


Алюминий
Железо (сталь)


Константан
Манганин

Температурный
коэффициент сопротивления α показывает
на сколько увеличивается сопротивление
проводника в 1 Ом при увеличении
температуры (нагревании проводника)
на 1 ºС.

Сопротивление
проводника при температуре t
рассчитывается по формуле:

r t
= r 20
+ α*
r 20 *(t
— 20 ºС)

r t
= r 20
*,

где r 20
– сопротивление проводника при
температуре 20 ºС, r t
– сопротивление проводника при
температуре t.

Плотность
тока

Через медный
проводник с площадью поперечного сечения
S
= 4 мм² протекает ток I
= 10 А. Какова плотность тока?

Плотность тока J
= I/S
= 10 А/4 мм² = 2.5 А/мм².

[По площади
поперечного сечения 1 мм² протекает
ток I
= 2.5 А; по всему поперечному сечению S
протекает ток I
= 10 А].

По шине
распределительного устройства
прямоугольного поперечного сечения
(20х80) мм² проходит ток I
= 1000 А. Какова плотность тока в шине?

Площадь поперечного
сечения шины S
= 20х80 = 1600 мм². Плотность тока

J
= I/S
= 1000 A/1600
мм² = 0.625 А/мм².

У катушки провод
имеет круглое сечение диаметром 0.8 мм
и допускает плотность тока 2.5 А/мм².
Какой допустимый ток можно пропустить
по проводу (нагрев не должен превысить
допустимый)?

Площадь поперечного
сечения провода S
= π * d²/4
= 3/14*0. 8²/4 ≈ 0.5 мм².

Допустимый ток I
= J*S
= 2.5 А/мм² * 0.5 мм² = 1.25 А.

Допустимая плотность
тока для обмотки трансформатора J
= 2.5 А/мм². Через обмотку проходит ток I
= 4 А. Каким должно быть поперечное сечение
(диаметр) круглого сечения проводника,
чтобы обмотка не перегревалась?

Площадь поперечного
сечения S
= I/J
= (4 А) / (2.5 А/мм²) = 1.6 мм²

Этому сечению
соответствует диаметр провода 1.42 мм.

По изолированному
медному проводу сечением 4 мм² проходит
максимально допустимый ток 38 А (см.
таблицу). Какова допустимая плотность
тока? Чему равны допустимые плотности
тока для медных проводов сечением 1, 10
и 16 мм²?

1). Допустимая
плотность тока

J
= I/S
= 38 А / 4мм² = 9.5 А/мм².

2). Для сечения 1
мм² допустимая плотность тока (см. табл.)

J
= I/S
= 16 А / 1 мм² = 16 А/мм².

3). Для сечения 10
мм² допустимая плотность тока

J
= 70 A
/ 10 мм² = 7.0 А/мм²

4). Для сечения 16
мм² допустимая плотность тока

J = I/S =
85 А / 16 мм²
= 5. 3 А/мм².

Допустимая плотность
тока с увеличением сечения падает. Табл.
действительна для электрических проводов
с изоляцией класса В.

Задачи для
самостоятельного решения

Через обмотку
трансформатора должен протекать ток
I
= 4 А. Какое должно быть сечение обмоточного
провода при допустимой плотности тока
J
= 2.5 А/мм²? (S
= 1.6
мм²)

По проводу диаметром
0.3 мм проходит ток 100 мА. Какова плотность
тока? (J
= 1.415 А/мм²)

По обмотке
электромагнита из изолированного
провода диаметром

d
= 2.26 мм (без учёта изоляции) проходит ток
10 А. Какова плотность

тока? (J
= 2.5 А/мм²).

4. Обмотка
трансформатора допускает плотность
тока 2.5 А/мм². Ток в обмотке равен 15 А.
Какое наименьшее сечение и диаметр
может иметь круглый провод (без учёта
изоляции)? (в мм²; 2.76 мм).

На единицу.

Температурный коэффициент сопротивления характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и измеряется в кельвинах в минус первой степени (K −1).

Также часто применяется термин «температурный коэффициент проводимости»
. Он равен обратному значению коэффициента сопротивления.

Температурная зависимость сопротивления металлических сплавов
, газов
, легированных полупроводников
и электролитов
носит более сложный характер.

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Дворец Корнякта
Частная жизнь Шерлока Холмса (фильм)

Смотреть что такое «Температурный коэффициент электрического сопротивления» в других словарях:

температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала
— Отношение производной удельного электрического сопротивления проводникового материала по температуре к этому сопротивлению. [ГОСТ 22265 76] Тематики материалы проводниковые … Справочник технического переводчика

Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала
— 29. Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления проводникового материала Отношение производной удельного электрического сопротивления проводникового материала по температуре к этому сопротивлению Источник: ГОСТ 22265 76:… …

ГОСТ 6651-2009: Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний
— Терминология ГОСТ 6651 2009: Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.18 время термической реакции … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 8.625-2006: Государственная система обеспечения единства измерений. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний
— Терминология ГОСТ Р 8.625 2006: Государственная система обеспечения единства измерений. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.18 время термической реакции: Время … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Термометр сопротивления
— Условное графическое обозначение термометра сопротивления Термометр сопротивления электронный прибор, предназначенный для измерения температуры и основанный на зависимости электрического сопротивления … Википедия

Термометр сопротивления
— прибор для измерения температуры (См. Температура), принцип действия которого основан на изменении электрического сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников с температурой (на увеличении сопротивления R с повышением… …

Алюминий
— (Aluminum) Сплавы и производство алюминия, общая характеристика Al Физические и химические свойства алюминия, получение и нахождение в природе Al, применение алюминия Содержание Содержание Раздел 1. Название и история открытия. Раздел 2. Общая… … Энциклопедия инвестора

Тепловой расходомер
— Тепловой расходомер расходомер, в котором для измерения скорости потока жидкости или газа используется эффект переноса тепла от нагретого тела подвижной средой. Различают калориметрические и термоанемометрические расходомеры. Содержание 1… … Википедия

Алюминий
— 13 Магний ← Алюминий → Кремний B Al ↓ Ga … Википедия

Железо
— (латинское Ferrum) Fe, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 26, атомная масса 55,847; блестящий серебристо белый металл. Элемент в природе состоит из четырёх стабильных изотопов: 54Fe (5,84%),… … Большая советская энциклопедия

Температурный коэффициент сопротивления

Как вы могли заметить, значения удельных электрических сопротивлений в таблице из предыдущей статьи даны при температуре 20 °
Цельсия. Если вы предположили, что они могут измениться при изменении температуры, то оказались правы.

Зависимость сопротивления проводов от температуры, отличной от стандартной (составляющей обычно 20 градусов Цельсия), можно выразить через следующую формулу:

Константа «альфа» (α) известна как температурный коэффициент сопротивления, который равен относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу. Так как все материалы обладают определенным удельным сопротивлением (при температуре 20 °
С)
, их сопротивление будет изменяться на определенную величину
в зависимости от изменения температуры
. Для чистых металлов
температурный коэффициент
сопротивления является
положительным числом,
что означает увеличение их
сопротивления
с ростом температуры. Для таких элементов, как
углерод, кремний
и германий
, этот коэффициент
является отрицательным числом
,
что означает уменьшение их
сопротивления
с ростом температуры. У некоторых
металлических сплавов
температурный коэффициент сопротивления
очень
близок к нулю,
что означает крайне малое изменение их сопротивления
при изменении
температуры. В следующей таблице приведены
значения температурных коэффициентов
сопротивления
нескольких распространенных типов
металлов
:

Проводник	α, на градус Цельсия
Никель	0,005866
Железо	0,005671
Молибден	0,004579
Вольфрам	0,004403
Алюминий	0,004308
Медь	0,004041
Серебро	0,003819
Платина	0,003729
Золото	0,003715
Цинк	0,003847
Сталь (сплав)	0,003
Нихром (сплав)	0,00017
Нихром V (сплав)	0,00013
Манганин (сплав)	0,000015
Константан (сплав)	0,000074

Давайте на примере нижеприведенной схемы посмотрим, как температура может повлиять на сопротивление проводов и ее функционирование в целом:

Общее сопротивление проводов этой схемы (провод 1 + провод 2) при стандартной температуре 20 ° С составляет 30 Ом. Проанализируем схему с помощью таблицы напряжений токов и сопротивлений:

При 20 ° С мы получаем 12,5 В на нагрузке, и в общей сложности 1,5 В (0,75 + 0,75) падения напряжения на сопротивлении проводов. Если температуру поднять до 35° С, то при помощи вышеприведенной формулы мы легко сможем рассчитать изменение сопротивления на каждом из проводов. Для медных проводов (α = 0,004041) это изменение составит:

Пересчитав значения таблицы, мы можем увидеть к каким последствиям привело изменение температуры:

Сравнив эти таблицы можно прийти к выводу, что напряжение на нагрузке при увеличении температуры снизилось (с 12,5 до 12,42 вольт), а падение напряжения на проводах увеличилось (с 0,75 до 0,79 вольт). Изменения на первый взгляд незначительны, но они могут быть существенны для протяженных линий электропередач, связывающих электростанции и подстанции, подстанции и потребителей.

Температурный коэффициент сопротивления
(ТКС) – это величина, характеризующая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1°С. На практике пользуются средним значением температурного коэффициента сопротивления, который определяется в интервале рабочих температур либо с помощью специального измерителя ТКС, либо путем измерения трех значений сопротивлений (при температуре 20 °С, крайней положительной и крайней отрицательной температурах) и последующим вычислением ТКС по формуле

где ТКС — температурный коэффициент сопротивления, 1/°С;

∆R
– алгебраическая разность между сопротивлением, измеренным при заданных положительной или отрицательной температурах, и сопротивлением, измеренным при нормальной температуре;

R
1 – сопротивление резистора, измеренное при нормальной температуре;

∆t
– алгебраическая разность между заданной положительной или заданной отрицательной температурой и нормальной температурой.

Собственные шумы

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Уровень шумов измеряется электродвижущей силой (ЭДС) шумов.

Возникновение тепловых шумов связано с тепловым движением электронов в резистивном элементе.

Помимо тепловых шумов, уровень которых определяется в основном температурой и сопротивлением резистивного элемента и не зависит от протекающего тока, в резистивном элемента при включении его под электрическую нагрузку возникают специфические токовые шумы, обусловленные флюктуациями контактных сопротивлений между проводящими частицами, а также трещинами и неоднородностями резистивного элемента. Эти флюктуации являются следствием изменения площади контактирования отдельных токопроводящих частей структуры элемента, перераспределения напряжения на отдельных зазорах между этими частицами, возникновения новых проводящих цепочек в относительно больших зазорах под действием высокой напряженности электрического поля и т.п.

В полупроводниковых материалах причиной токовых шумов могут быть колебания проводимости, связанные с процессами возбуждения и рекомбинации носителей тока и другими процессами.

Токовые шумы при заданном значении сопротивления и определенном значении напряжении в значительной степени зависят от материала и конструкции резистивного элемента и наиболее характерны для непроволочных резисторов. Обычно они значительно больше тепловых шумов. Частотный спектр энергии токового шума также непрерывный, но в отличие от теплового характеризуется уменьшением интенсивности высокочастотных составляющих.

Уровень шумов определяют отношением действующего значения переменной составляющей напряжения шумов к приложенному постоянному напряжению и выражают в микровольтах на вольт

Уровень собственных шумов резисторов тем выше, чем больше температура и напряжение. Шумы накладывают ограничения на чувствительность схем и создают помехи при воспроизведении полезного сигнала.

Значение ЭДС шумов для непроволочных резисторов лежит в пределах от долей единиц мкВ/В, а для отдельных типов и до десятков мкВ/В.

Сопротивление проводника (R) (удельное сопротивление) () зависит от температуры. Эту зависимость при незначительных изменениях температуры () представляют в виде функции:

где — удельное сопротивление проводника при температуре равной 0 o C; — температурный коэффициент сопротивления.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Температурным коэффициентом электрического сопротивления
() называют физическую величину, равную относительному приращению (R) участка цепи (или удельного сопротивления среды ()), которое происходит при нагревании проводника на 1 o С. Математически определение температурного коэффициента сопротивления можно представить как:

Величина служит характеристикой связи электросопротивления с температурой.

При температурах, принадлежащих диапазону , у большинства металлов рассматриваемый коэффициент остается постоянным. Для чистых металлов температурный коэффициент сопротивления часто принимают равным

Иногда говорят о среднем температурном коэффициенте сопротивления, определяя его как:

где — средняя величина температурного коэффициента в заданном интервале температур ().

Температурный коэффициент сопротивления для разных веществ

Большая часть металлов имеет температурный коэффициент сопротивления больше нуля. Это означает, что сопротивление металлов с ростом температуры возрастает. Это происходит как результат рассеяния электронов на кристаллической решетке, которая усиливает тепловые колебания.

При температурах близких к абсолютному нулю (-273 o С) сопротивление большого числа металлов резко падает до нуля. Говорят, что металлы переходят в сверхпроводящее состояние.

Полупроводники, не имеющие примесей, обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Их сопротивление при увеличении температуры уменьшается. Это происходит вследствие того, что увеличивается количество электронов, которые переходят в зону проводимости, значит, при этом увеличивается число дырок в единице объема полупроводника.

Растворы электролитов имеют . Сопротивление электролитов при увеличении температуры уменьшается. Это происходит потому, что рост количества свободных ионов в результате диссоциации молекул превышает увеличение рассеивания ионов в результате столкновений с молекулами растворителя. Надо сказать, что температурный коэффициент сопротивления для электролитов является постоянной величиной только в малом диапазоне температур.

Единицы измерения

Основной единицей измерения температурного коэффициента сопротивления в системе СИ является:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Лампа накаливания, имеющая спираль из вольфрама включена в сеть с напряжением B, по ней идет ток А. Какой будет температура спирали, если при температуре o С она имеет сопротивление Ом? Температурный коэффициент сопротивления вольфрама .

Решение

В качестве основы для решения задачи используем формулу зависимости сопротивления от температуры вида:

где — сопротивление вольфрамовой нити при температуре 0 o C. Выразим из выражения (1.1), имеем:

По закону Ома для участка цепи имеем:

Вычислим

Запишем уравнение связывающее сопротивление и температуру:

Проведем вычисления:

Ответ

ПРИМЕР 2

Задание

При температуре сопротивление реостата равно , сопротивление амперметра равно и он показывает силу тока Реостат, сделан из железной проволоки, он последовательно соединен с амперметром (рис.

1). Каким будет сила тока течь через амперметр, если реостат нагреть до температуры ? Считать температурный коэффициент сопротивления железа равным .

Таблица удельного электрического сопротивления и проводимости

В этой таблице представлены удельное электрическое сопротивление и электрическая проводимость нескольких материалов.

Удельное электрическое сопротивление, обозначаемое греческой буквой ρ (ро), является мерой того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем легче материал пропускает электрический заряд.

Электропроводность — это величина, обратная удельному сопротивлению.Электропроводность — это мера того, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Электропроводность может быть представлена греческой буквой σ (сигма), κ (каппа) или γ (гамма).

Таблица удельного сопротивления и проводимости при 20 ° C

Материал	ρ (Ом • м) при 20 ° C Удельное сопротивление	σ (См / м) при 20 ° C Электропроводность
Серебро	1. 59 × 10 ⁻⁸	6,30 × 10 ⁷
Медь	1,68 × 10 ⁻⁸	5,96 × 10 ⁷
Медь отожженная	1,72 × 10 ⁻⁸	5.80 × 10 ⁷
Золото	2,44 × 10 ⁻⁸	4,10 × 10 ⁷
Алюминий	2,82 × 10 ⁻⁸	3,5 × 10 ⁷
Кальций	3.36 × 10 ⁻⁸	2,98 × 10 ⁷
Вольфрам	5.60 × 10 ⁻⁸	1,79 × 10 ⁷
цинк	5,90 × 10 ⁻⁸	1,69 × 10 ⁷
Никель	6,99 × 10 ⁻⁸	1,43 × 10 ⁷
Литий	9,28 × 10 ⁻⁸	1,08 × 10 ⁷
Утюг	1. 0 × 10 ⁻⁷	1,00 × 10 ⁷
Платина	1,06 × 10 ⁻⁷	9,43 × 10 ⁶
Олово	1,09 × 10 ⁻⁷	9,17 × 10 ⁶
Углеродистая сталь	(10 ¹⁰)	1,43 × 10 ⁻⁷
Свинец	2,2 × 10 ⁻⁷	4,55 × 10 ⁶
Титан	4.20 × 10 ⁻⁷	2,38 × 10 ⁶
Электротехническая сталь с ориентированной зернистостью	4.60 × 10 ⁻⁷	2,17 × 10 ⁶
Манганин	4,82 × 10 ⁻⁷	2,07 × 10 ⁶
Константан	4,9 × 10 ⁻⁷	2,04 × 10 ⁶
Нержавеющая сталь	6,9 × 10 ⁻⁷	1. 45 × 10 ⁶
Меркурий	9,8 × 10 ⁻⁷	1,02 × 10 ⁶
нихром	1,10 × 10 ⁻⁶	9,09 × 10 ⁵
GaAs	5 × 10 ⁻⁷ до 10 × 10 ⁻³	5 × 10 ⁻⁸ до 10 ³
Углерод (аморфный)	5 × 10 ⁻⁴ до 8 × 10 ⁻⁴	1.От 25 до 2 × 10 ³
Углерод (графит)	2,5 × 10 ⁻⁶ до 5,0 × 10 ⁻⁶ // базисная плоскость 3,0 × 10 ⁻³ ⊥ базальная плоскость	от 2 до 3 × 10 ⁵ // базальная плоскость 3,3 × 10 ² ⊥ базальная плоскость
Карбон (алмаз)	1 × 10 ¹²	~ 10 ⁻¹³
Германий	4,6 × 10 ⁻¹	2,17
Морская вода	2 × 10 ^-1	4. 8
Питьевая вода	2 × 10 ¹ до 2 × 10 ³	5 × 10 ⁻⁴ до 5 × 10 ⁻²
Кремний	6,40 × 10 ²	1,56 × 10 ⁻³
Дерево (влажное)	1 × 10 ³ до 4	10 ⁻⁴ до 10 ^-3
Деионизированная вода	1,8 × 10 ⁵	5.5 × 10 ⁻⁶
Стекло	10 × 10 ¹⁰ до 10 × 10 ¹⁴	10 ⁻¹¹ до 10 ⁻¹⁵
Твердая резина	1 × 10 ¹³	10 ⁻¹⁴
Древесина (сушка в духовке)	1 × 10 ¹⁴ до 16	10 ⁻¹⁶ до 10 ^-14
сера	1 × 10 ¹⁵	10 ⁻¹⁶
Воздух	1. 3 × 10 ¹⁶ до 3,3 × 10 ¹⁶	3 × 10 ⁻¹⁵ до 8 × 10 ⁻¹⁵
Парафиновый воск	1 × 10 ¹⁷	10 ⁻¹⁸
Плавленый кварц	7,5 × 10 ¹⁷	1,3 × 10 ⁻¹⁸
ПЭТ	10 × 10 ²⁰	10 ⁻²¹
тефлон	10 × 10 ²² до 10 × 10 ²⁴	10 ⁻²⁵ до 10 ⁻²³

Факторы, влияющие на электропроводность

На проводимость или удельное сопротивление материала влияют три основных фактора:

Площадь поперечного сечения: Если поперечное сечение материала велико, через него может проходить больший ток.Точно так же тонкое поперечное сечение ограничивает ток.
Длина проводника: Короткий проводник позволяет току течь с большей скоростью, чем длинный провод. Это немного похоже на попытку переместить множество людей через коридор.
Температура: Повышение температуры заставляет частицы вибрировать или больше двигаться. Увеличение этого движения (повышение температуры) снижает проводимость, потому что молекулы с большей вероятностью будут мешать прохождению тока.При чрезвычайно низких температурах некоторые материалы становятся сверхпроводниками.

Ресурсы и дополнительная информация

Электрические свойства материалов — Matmatch

Если вы путешествовали по миру, вы бы заметили, что электрические розетки не имеют стандартного универсального номинального напряжения — розетка в Соединенных Штатах имеет напряжение 110 В, а в Индии — 220 В.

Одна из основных причин этого различия заключается в том, что Соединенные Штаты используют медь для передачи по линиям, а Индия использует более дешевый алюминий.В свою очередь, это является функцией свойства материала, называемого «удельное электрическое сопротивление», которое у алюминия выше, чем у меди.

^{Электрическая розетка в США}

В этом разделе мы исследуем, как различные материалы реагируют на электрические поля и как эти свойства измеряются. В частности, мы подробно рассмотрим следующие вопросы.

Что такое электрический ток?
Что такое Bandgap?
Почему одни материалы проводят, а другие нет?
Что такое электрическое сопротивление и проводимость?
Что такое удельное сопротивление и проводимость?
Что такое полупроводники?
Каковы напряжение пробоя и диэлектрическая прочность?
Какой температурный коэффициент сопротивления?
Что такое листовое сопротивление?
Что такое сопротивление изоляции поверхности?

Внутри медного провода

Снаружи кусок медной проволоки представляет собой светящуюся безмятежность.

Изнутри это совсем не мирно. Миллиарды электронов бегают, как дикие собаки, в пространстве между атомами меди. Подобно бесконечной поездке на бамперной тележке, эти электроны постоянно сталкиваются друг с другом и с тяжелыми атомами вокруг них. Сцена наполнена хаосом и неразберихой.

Большинство материалов не имеют электронов в промежутках между атомами. Вместо этого у них есть огромные межатомные пустоты, более пустые, чем космическое пространство.

Электроны в этих материалах прочно связаны со своими атомами, и самые дальние из них от центра называются v электронами .Эти электроны почти единолично ответственны за всю химию!

Если вы приложите только нужное количество энергии, эти валентные электроны можно заставить прыгнуть со своих атомов в межатомную пустоту. Освободившись от гнетущего электромагнитного притяжения ядра, они счастливо бродят по космосу, натыкаясь на атомы и другие электроны.

Большинство материалов не позволяют электронам свободно циркулировать. Присутствие этого обильного пула из «свободных » электронов уникально для таких металлов, как медь.

Когда провод подключен к источнику питания, эти электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной клемме. Этот поток электронов мы обычно называем электрическим током .

Электрический ток — это поток электронов через материал в ответ на электрическое или магнитное поле.

Такие материалы, как керамика, пластик и дерево, ограничивают все свои электроны пределами своих атомов.Эти материалы не имеют «свободных» электронов и, следовательно, не проводят электричество.

Ширина полосы

Квантовая механика учит нас, что:

Для каждого материала в условиях окружающей среды существует уникальное количество энергии, необходимое для того, чтобы подтолкнуть валентный электрон к свободе межатомного пространства. Это количество энергии называется запрещенной зоной материала.

Ширина запрещенной зоны Diamond, например, составляет 5,5 эВ. Если вы приложите именно такое количество энергии к кристаллу алмаза, одиночный электрон перескочит с одиночного атома углерода в пространство между атомами.

Такие материалы, как керамика, имеют большую ширину запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны диоксида кремния составляет 9 эВ, а нитрида алюминия — 6 эВ. Поэтому относительно сложно создать пул свободных электронов в этих материалах, и, следовательно, они не проводят электричество.

Металлы, такие как медь, имеют очень малую ширину запрещенной зоны. Фактически, они настолько низкие, что при комнатной температуре энергии окружающего тепла достаточно, чтобы позволить всем валентным электронам вырваться наружу и выйти из-под контроля внутри металла.

Чтобы получить некоторую перспективу, сантиметровый куб меди имеет более 8,5 x 10 ²² свободных электронов — это восемь-пять тысяч миллиардов миллиардов электронов!

Таким образом, металлы являются хорошими проводниками электричества, а керамика, резина и дерево — плохими проводниками.

^{Свободные электроны внутри металла реагируют на электрические поля.}

Проводимость и сопротивление

Чтобы действительно понять уровень хаоса внутри металла, нам нужно только взглянуть на числа.

Один электрон внутри меди при комнатной температуре может теоретически двигаться со скоростью 1570 км / с — быстрее, чем звук в воздухе! Однако этот электрон вскоре столкнется с другим электроном и будет отброшен в противоположном направлении, так что даже с огромной скоростью он не преодолеет никакого расстояния.

Хаос внутри металла настолько плох, что даже с источником питания электрону удается преодолеть всего 23 микрометра за секунду — или примерно диаметр человеческого волоса.

Электрон слетает с траектории так часто, что среднее расстояние, которое ему удается преодолеть, оказывается жалким.

Учитывая это, может показаться, что электричество — очень расточительная форма передачи энергии — и действительно, этому можно привести аргумент. Реальная сила потока электронов заключается в его чистом количестве — даже если каждый электрон идет по петляющему извилистому пути в проводе, в миллиардах и миллиардах это приводит к мощной передаче энергии.

Если бы электроны двигались по устойчивым прямым линиям, эффективное сопротивление было бы равно нулю.

Проще говоря, термин сопротивление — это количественная мера полного хаоса внутри материала.

Но как количественно измерить хаос внутри металлической проволоки?

Рассмотрим два физически идентичных провода — один из меди, а другой из алюминия. К каждому из этих проводов подключаем одинаковую батарею на 12 В.

Мы можем измерить в них ток с помощью электронного измерительного прибора, называемого мультиметром.

Если провода имеют одинаковый диаметр и длину, мы должны обнаружить, что ток в медном проводе выше, чем в алюминиевом.

Почему так должно быть?

Например, у меди гораздо больше свободных электронов, чем у алюминия.

Алюминий — меньший атом, чем медь — его электроны ощущают сильное притяжение ядра, и меньшее количество из них ускользает, чтобы стать «свободными». Это, в свою очередь, означает, что для переноса электрического тока доступно меньше электронов по сравнению с медью.

Таким образом, при том же напряжении лучший проводник будет генерировать больший ток.

Формально это выражается количественно в так называемом законе Ом .Этот закон гласит, что:

T Ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в двух точках .

`V = I \ cdot R`

Величина R называется сопротивлением проводника. Его единица измерения — вольт / ампер, обычно обозначаемая как ом ( Ом, ).

`R = \ rho \ frac {V} {I}`

Сопротивление, обратное сопротивлению, называется проводимостью и обозначается G.

`G = \ frac {1} {R} = \ frac {I} {V}`

Закон Ома был впервые описан Джорджем Омом в 1827 году.Интересно, что в то время это подвергалось резкой критике со стороны большинства ученых и академиков. Однако через несколько десятилетий он получил широкое распространение.

Обратите внимание, что нельзя сказать, что сопротивление алюминия выше, чем сопротивление меди. Это связано с тем, что сопротивление зависит от физических размеров проводника, таких как длина и диаметр провода.

Закон Ома — это соотношение между током и напряжением в идеальных резисторах.

^{Закон Ома — это соотношение между током и напряжением в идеальных резисторах.}

Электропроводность и удельное сопротивление

Принимая во внимание теорию хаоса дикой собаки, о которой мы упоминали ранее, мы можем сделать следующий вывод:

Чем больше длина провода, тем больше шансов, что электрон столкнется с чем-либо еще
Большой диаметр создает больше места для электронного потока и может снизить вероятность указанного столкновения

Эти интуиции отображаются математически путем соотнесения сопротивления (R) с его длиной (l) и площадью поперечного сечения (A).

`R = \ rho \ frac {l} {A}`

Где rho — константа пропорциональности, называемая удельным сопротивлением или удельным сопротивлением данного материала. В отличие от сопротивления, которое является макроскопическим свойством, удельное сопротивление является фундаментальным свойством материала. Единица измерения удельного сопротивления — ом — метр ( Ом · м ).

`\ rho = R \ frac {A} {l}`

Довольно часто говорят об обратной величине удельного сопротивления — величине, которая уместно называется электропроводностью или удельной проводимостью, обозначаемой сигмой.Единица проводимости — сименс.

`\ sigma = \ frac {1} {\ rho} = \ frac {l} {RA}`

Удельное сопротивление меди составляет 1,68 x 10 ^-8 Ом · м, а алюминия — 2,65 x 10 ^-8 Ом · м.

Как и ожидалось, алюминий более резистивен, чем медь, или, что эквивалентно, медь более проводящая, чем алюминий.

В природе электрические свойства, такие как сопротивление и проводимость , находятся в диапазоне более 23 порядков величины; я. е. если наименьшее значение сопротивления любого материала на земле равно 1, наибольшее значение будет в 10 ²³ (десять с последующими 23 нулями) умноженное на это! Никакие другие физические или химические свойства не демонстрируют такого рода изменений.

Серебро — лучший проводник среди металлов, однако мы не используем его для электрических проводов из-за его непомерно высокой цены. В следующей таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых распространенных материалов. Видно, что разница между хорошим проводником, например медью, и плохим проводником, например стеклом, может составлять несколько порядков.

Материал	Удельное сопротивление ( Ом · м)
Серебро	1,59 х 10 ^-8
Медь	1,68 x 10 ^-8
Кремний	0,1
Сухая кожа человека	1 х 10 ⁵
Стекло	1 х 10 ⁹
Резина	1 х 10 ¹³

Большинство стран используют медь для передачи тока, потому что она на дешевле, чем серебро.

Полупроводники

Материалы, такие как кремний и германий, имеют значения удельного сопротивления между металлами и непроводниками, такими как стекло.

Эти материалы соответственно называют полупроводники .

Интересность этих материалов заключается не в том, что они занимают переходную область от хороших проводников к плохим, а в том, что их проводимостью можно легко управлять, .

Добавив щепотку фосфора или бора, можно значительно повысить проводимость кремния.Кроме того, каждая из этих «присадок» приводит к двум различным типам проводимости, что дает кремний n-типа и p-тип .

Электрический ток n- и p-типа создается свободными электронами и положительно заряженными дырками соответственно. Во всем остальном они ведут себя одинаково.

По отдельности и в сочетании эти материалы дают начало всем электронным устройствам и микросхемам, которые мы знаем сегодня.

^{Электронное устройство на основе полупроводников, принадлежащее ученому.}

Напряжение пробоя и диэлектрическая прочность

Все полупроводники и другие изоляторы имеют максимальное допустимое напряжение. За пределами этого напряжения электрическое поле становится настолько высоким, что электроны отрываются от молекул и атомов, вызывая большой ток и, в конечном итоге, выход из строя.

Это максимальное напряжение, которое может выдержать изолятор, называется напряжением пробоя материала.

Напряжение пробоя также известно как диэлектрическая прочность, если изолятор является диэлектриком (твердые изоляторы называются диэлектриками).Обычно диэлектрики используются в электронных схемах — в качестве резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и т. Д. Небольшие размеры этих компонентов означают, что они могут достигать диэлектрической прочности даже при малых напряжениях. Следовательно, промышленные диэлектрики, используемые в этих приложениях, требуют очень высокой диэлектрической прочности.

Металлы теоретически не имеют напряжения пробоя, однако при более высоких напряжениях большие токи могут привести к джоулевому нагреву и последующему плавлению проводника.

Температурный коэффициент сопротивления

Удельное сопротивление и, следовательно, сопротивление зависят от температуры. Тепло может привести к увеличению или уменьшению удельного сопротивления — в зависимости от материала.

Величина, называемая температурным коэффициентом сопротивления (α ) , количественно определяет это соотношение. Формально определяется как:

Изменение сопротивления, деленное на изменение температуры для данного количества материала, и есть температурный коэффициент сопротивления.

`\ alpha = \ frac {\ Delta R} {\ Delta T}`

При более высокой температуре электроны в металлах движутся быстрее и сталкиваются друг с другом с большей частотой. Следовательно, сопротивление металла увеличивается с температурой (или снижением проводимости). Таким образом, температурный коэффициент сопротивления большинства металлов положительный.

Для полупроводников и неметаллов повышение температуры приводит к тому, что большее количество электронов перескакивает с атомов в свободное пространство вокруг них. Это увеличение свободных электронов вызывает увеличение проводимости этих материалов или уменьшение сопротивления.Таким образом, температурный коэффициент сопротивления полупроводников и неметаллов равен отрицательным .

Раньше у нас было только два типа проводников — отличные металлы и жалкие изоляторы.

Появление полупроводников и связанной с ними электроники сделало возможным создание нескольких типов проводников. Сегодня нас волнует не только проводимость тонкой пленки оксида на подложке, но и припой, соединяющий электрическую цепь.

Например, обычная микроволновая печь потребляет больше электроэнергии для питания своих цифровых часов, чем для нагрева пищи.

Уникальные формы и размеры этих материалов сделали необходимым определение нескольких других типов удельного сопротивления, которые могли бы больше подходить для данной области применения.

Листовое сопротивление

Сопротивление листа в основном определяется для тонкой пленки — это покрытие, которое обычно имеет толщину менее микрометра.

Эти покрытия широко используются в полупроводниках, металлических покрытиях, стеклянных покрытиях и резистивных пастах.

Сопротивление листа — это удельное сопротивление материала, деленное на толщину.

`\ rho = R_ {s} \ cdot t`

В тонкопленочной промышленности некоторые методы, такие как четырехточечный зонд , могут напрямую определять сопротивление листа. Если толщина известна, можно рассчитать объемное удельное сопротивление материала.

Сопротивление изоляции поверхности

Это характеристика изоляционных материалов, используемых в печатных платах, которые действуют как контактные соединители.Фактически, это сопротивление на единицу площади материала в предположении, что ток течет только по поверхности.

Многие металлические системы во время работы подвергаются химическим реакциям, которые могут изменить их проводимость и, следовательно, повлиять на общую производительность устройства.

Сопротивление изоляции поверхности позволяет нам определить характеристики контакта под нагрузкой и, следовательно, оценить его пригодность для данного применения.

^{Электронная схема с многочисленными электрическими элементами.}

Электрическое сопротивление

Эта основная идея исследуется через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Ежедневный опыт студентов

Неудивительно, что студенты путают значения слов, используемых для разговора об электричестве. Когда ученые впервые пытались понять электрические цепи, они использовали слова уже на нашем языке для обозначения концепций, которые они строили в своих объяснениях, например «Ток», «мощность».Но, конечно, значения этих слов, когда их использовали ученые, отличались от уже существовавших повседневных значений. Позже слова, придуманные учеными для обозначения таких понятий, как «напряжение», медленно вошли в повседневный язык и приобрели в нашей повседневной речи значения, отличные от точных значений, используемых учеными. Итак, как описано в обоих
Электрические схемы и
Разбирая смысл напряжения, различия между значениями слов в повседневном употреблении и их научным использованием очень часто являются источником значительной концептуальной путаницы для студентов, когда они изучают электричество.

Идея фокуса
Введение в научный язык также исследует вопросы повседневного и научного использования языка.

С точки зрения языка, научная идея «электрического сопротивления» представляет собой несколько иной случай по двум основным причинам.

Во-первых, ученики почти не задумываются об «электрическом сопротивлении» до того, как им будет официально представлена какая-то форма этой идеи. В редких случаях, когда учащиеся действительно используют какое-то понятие, которое они называют «сопротивлением», для интерпретации повседневного опыта, они почти всегда вместе с ними думают об «электрическом токе» (и / или очень редко о каком-то понятии «напряжение»).

Во-вторых, если у них действительно есть понятие сопротивления, оно обычно в целом согласуется с приемлемой научной точкой зрения — понятие «сопротивление» включает форму «трения», которое каким-то образом влияет на «ток».

Некоторые студенты пытаются интерпретировать свой ограниченный опыт работы с электрическими цепями только с точки зрения электрического тока. Эти студенты интерпретируют высокий ток в цепи как означающий, что «ток легко течет по цепи», а не «электрическое сопротивление низкое» или как-либо учитывают влияние напряжения в цепи.

Другая проблема (описанная в идее фокуса
Электрические цепи), который также важен для понимания учащимися электрического сопротивления, — это то, что часто называют «местным рассуждением». То есть их размышления о том, что происходит в электрической цепи (с вопросами электрического сопротивления, а также тока), часто сосредоточены только на одной небольшой части цепи, при этом полностью игнорируя все остальные особенности цепи.

Студенты также часто думают, что если изменение вносится в одну часть электрической цепи, потребуется некоторое время, чтобы его эффект «сдвинулся» по цепи, а не мгновенно воздействовал на каждый компонент в цепи.

Исследования: Чой, Ли и Квон (2004), Коэн, Эйлон и Ганиэль (1983), Льежуа и Маллет (2002), Райнер, Слотт, Чи и Резник (2000), Шипстоун и Ганстон (1985) и Виард и Хантин-Ланглуа (2001).

Научная точка зрения

Модели играют важную роль, помогая нам понять то, что мы не можем видеть, и поэтому они особенно полезны при попытке разобраться в электрических цепях. Модели ценятся как за их объяснительную способность, так и за их способность к прогнозированию.Однако модели также имеют ограничения.

Модель, используемая сегодня учеными для электрических цепей, использует идею о том, что все вещества содержат электрически заряженные частицы (см.
Макроскопические свойства в сравнении с микроскопическими). Согласно этой модели электрические проводники, такие как металлы, содержат заряженные частицы, которые могут относительно легко перемещаться от атома к атому, тогда как в плохих проводниках, изоляторах, таких как керамика, заряженные частицы перемещать гораздо труднее.

В научной модели электрический ток — это общее движение заряженных частиц по непрерывному проводящему пути. Причиной этого движения обычно является источник энергии, такой как батарея, который обеспечивает силу, необходимую для перемещения заряженных частиц. Электрический ток может возникать только тогда, когда существует полная проводящая «цепь», по которой заряженные частицы движутся от одного вывода батареи к другому (см.
Электрические цепи), как показано стрелками, указывающими путь проводимости на схеме ниже.

Заряженные частицы могут относительно легко проходить через материалы, которые являются хорошими проводниками; относительно небольшая электрическая энергия требуется для создания этого движения заряда (тока) в таких материалах. С другой стороны, изоляторы требуют значительного количества электроэнергии для создания подобных токов. Свойство материалов, которое приводит к разнице в энергии, необходимой для установления одинаковых электрических токов, называется «электрическим сопротивлением» и измеряется в единицах, называемых Ом · м. Электрическое сопротивление различных материалов может сильно различаться; сопротивление наиболее широко используемых проводящих материалов (металлов) изменяется с изменением их температуры.

Научная модель электрического сопротивления — это движущиеся заряженные частицы, сталкивающиеся с частицами, которые составляют структуру материала, через который проходит ток. Для поддержания тока требуется подвод энергии, поскольку во время столкновений частиц энергия непрерывно преобразуется в тепло.Если природа материала такова, что столкновения случаются гораздо чаще, то выделяется большее количество тепла и электрическое сопротивление выше.

Есть некоторые электрические устройства, функционирование которых зависит от этого преобразования энергии, наиболее очевидно тепловентиляторы и световые шары (где нить накала земного шара должна раскалиться добела, чтобы свет, а также тепло были результатом преобразования энергии). Для этих устройств нам нужен материал со «средним» электрическим сопротивлением — достаточно низким, чтобы электрический ток подходящей величины проходил через материал, и достаточно высоким, чтобы соответствующее количество энергии преобразовывалось в необходимую форму. Когда мы подключаем такие устройства к электрическим цепям, мы стремимся иметь как можно меньшее преобразование энергии (как можно более низкое сопротивление) в проводах, по которым ток проходит к устройству и обратно, и чрезвычайно высокое сопротивление для таких материалов, как пластиковая изоляция вокруг проводов, которые не должны пропускать ток.

«сталкивающиеся частицы» или механическая модель сопротивления, описанная выше, полезна при рассмотрении токов в простых проводниках.Это бесполезно в попытках объяснить гораздо более сложное функционирование токов в люминесцентных лампах, светоизлучающих диодах (СИД) и многих сложных электронных компонентах. Все модели / метафоры / аналогии имеют свои ограничения. Для механической модели наиболее очевидным ограничением является то, что она предполагает, что все частицы по существу идентичны и ведут себя так же, как крошечные шарикоподшипники или шарики.

Критические идеи обучения

Понятия электрического сопротивления и электрического тока тесно взаимосвязаны, и их необходимо изучать одновременно.
Электрическое сопротивление — это свойство материалов, в результате которого энергия, необходимая для поддержания электрического тока в материале. Все материалы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, обладают электрическим сопротивлением; это сопротивление может сильно различаться.
Разным материалам требуется разное количество энергии для достижения эквивалентных токов. Материалы, которым требуется очень мало энергии для протекания тока, называются проводниками; они имеют очень низкое электрическое сопротивление.Материалы, которые требуют большого количества энергии для протекания тока, называются изоляторами; они имеют очень высокое электрическое сопротивление.

При разработке электрических схем, позволяющих нам использовать электрические устройства для преобразования электрической энергии, нам необходимы:

материалы с как можно более низким электрическим сопротивлением для проводников
материалы с как можно более высоким электрическим сопротивлением для частей схемы где необходима электрическая изоляция
материалы с электрическим сопротивлением, которое не является ни очень низким, ни очень высоким для частей устройства, преобразующих энергию, для которых предназначена схема.

Предложения в этой основной идее были написаны таким образом, чтобы предполагалось, что понятие «электрический ток» было введено первым (см.
Электрические схемы). Дополнительные концепции и предложения затем тесно переплетаются с этими идеями.

Как с обоими
Электрические схемы и
Разбирая смысл напряжения, очень важно отметить, что использование количественных подходов для обучения этим идеям (например, с использованием закона Ома) часто препятствует развитию концептуального понимания и развитию способности объяснять электрические явления.

Это связано с тем, что, когда основное внимание уделяется использованию формулы, представляющей закон Ома (V = IR), природа обучения студентов совершенно не связана с какими-либо концепциями, которые выражают термины в формуле. Подход, который с большей вероятностью способствует пониманию учащимися, — это качественный подход, основанный на использовании таких широких вопросов, как:

Каковы здесь основные концепции?
Как можно использовать эти концепции для объяснения некоторых простых электрических явлений?
Каким образом можно описать, как взаимосвязаны концепции?

Изучите взаимосвязь между представлениями об электрическом токе, сопротивлении и напряжении в
Карты развития концепции — Электричество и магнетизм

Преподавательская деятельность

Сбор доказательств / данных для анализа

Предоставьте учащимся ряд подготовленных материалов для измерения электрического сопротивления с помощью лампочки, батареи и подключенных измерительных проводов, как показано здесь. Эти предметы следует выбирать так, чтобы студенты могли изучить две отдельные группы предметов: либо очень хорошие изоляторы, либо очень хорошие проводники. Намерение состоит в том, чтобы учащиеся протестировали каждый материал, используя свою лампочку и батарею, чтобы установить, горит ли лампочка или нет (то есть сделать выводы о том, что материал является хорошим проводником или хорошим изолятором). Цель состоит в том, чтобы студенты увидели, что большинство металлов являются очень хорошими проводниками и что пластик и керамика широко используются в конструкции ручных электрических инструментов из-за их очень хороших изоляционных свойств.

Эти предметы могут включать: дерево, керамику, пластик, полистирол, резину, бумагу, стекло, медную проволоку, алюминиевую фольгу, железные / стальные гвозди, угольные / графитовые стержни *, латунные ключи и цинковые накладки.

* Графитовые стержни можно получить, заточив чернографитный карандаш с обоих концов и используя зажимы из крокодиловой кожи, чтобы подключить его к цепи (то, что мы называем «стержнем» в черном карандаше, на самом деле является графитом).

Обсудите со студентами, почему материалы выбираются с учетом их изоляционных свойств.Вопросы для обсуждения могут включать:

Почему электрикам следует использовать деревянные или стеклопластиковые лестницы, а не алюминиевые?
Почему токопроводящие провода покрыты изоляционным пластиком?
Каким образом электрические ручные инструменты и фены с пластмассовым корпусом предотвращают поражение электрическим током во время возможной неисправности?

Альтернативный подход к этой задаче изложен в виньетке,
Выведите практический план из ограниченной информации, которая выступает за использование меньшего руководства учителем, поощряя учащихся более активно принимать решения.

Открытое обсуждение через общий опыт

Выберите вторую группу проводников, чтобы обеспечить диапазон электрических сопротивлений от высокого до низкого, чтобы ученики могли снова протестировать аккумулятор, лампочку и тестовые провода (т. Е. Яркость тестовой лампы будет варьироваться от от тусклого до яркого). Цель состоит в том, чтобы предоставить учащимся более сложную задачу сравнения относительных сопротивлений каждого материала, чтобы они могли ранжировать их от плохих до очень хороших проводников. Эти элементы следует выбирать с осторожностью, чтобы они имели необходимое сопротивление для разной яркости лампы и соответствовали напряжению используемой батареи.Обязательно опробуйте каждый из них, прежде чем давать ученикам для тестирования.

Эти предметы могут включать отрезки припоя, свинцовой фольги, нихрома (в том числе различные куски нихромовой проволоки разной длины; катушка радиатора — отличный источник) и медную проволоку.

Попросите учащихся протестировать каждый образец и попытаться классифицировать их по континууму от высокого сопротивления (плохой провод, тусклая лампочка) до низкого сопротивления (хороший проводник, яркая лампочка).

Попрактикуйтесь в использовании и построении воспринимаемой полезности научных моделей

Создайте простое физическое моделирование, подобное приведенному ниже, или используйте одно из множества компьютерных имитаций (например, представленных на веб-сайте Interactive Simulations ниже), чтобы помочь учащимся выработать понимание модели электрического сопротивления «столкновение частиц».

Простая физическая симуляция может состоять из мяча для настольного тенниса, катящегося по слегка наклонному столу с рядом препятствий (например, латунных гирь весом 50 г), расположенных для замедления движения мяча. Ограничьте движение мяча вбок, поместив несколько предметов по бокам стола. (например, счетные линейки, поднятые на нескольких грузах с каждого конца).

Скорость движения мяча по склону можно изменить, изменив количество препятствий на пути мяча или наклон стола.Дополнительное размещение большего количества грузов увеличит количество отклоняющих столкновений, с которыми сталкивается мяч, и, следовательно, замедлит движение мяча по мере его скатывания по склону. Увеличенное количество столкновений моделирует материал с высоким сопротивлением и низкой проводимостью. После демонстрации и обсуждения этого моделирования со студентами попросите их подготовить список допущений модели, ее прогностических возможностей и недостатков. Затем их идеи могут быть представлены с помощью информационной таблицы, подобной приведенной ниже, в которой перечислены сильные и слабые стороны простого механического моделирования для точного моделирования электрического сопротивления.

Механическая модель — сильные стороны	Механическая модель — слабые стороны
Движение мяча похоже на прохождение электрического тока по проводнику.	Мяч и грузы не «нагреваются» больше, когда происходит большее количество «столкновений частиц».
Чем больше количество «столкновений частиц», тем медленнее ток («шар») движется по проводнику.	Относительные размеры частиц неверны.
Мы можем придать движущемуся мячу больше энергии и, следовательно, ускорить его движение, увеличив наклон стола.	Если действительно большое количество препятствующих грузов, катящийся шар может застрять и не сможет двигаться. В электрическом токе скорость движущихся частиц в целом постоянна; изменения токов связаны с изменением количества движущихся частиц, а не скорости, с которой они движутся.

В качестве дополнительного задания попросите учащихся поработать в небольших группах, чтобы подготовить диаграммы размером с плакат, которые попытаются дать дальнейшее понимание работы модели «столкновения частиц». Поощряйте студентов обсуждать и рисовать особенности, указанные в их таблице сильных и слабых сторон, которые будут влиять на эффективность модели, например относительный размер движущихся частиц по сравнению со стационарными частицами, изменения количества движущихся частиц, изменения размеров длины или поперечного сечения пути.Попросите учащихся представить их своим сверстникам в небольших группах для обсуждения.

Для другой задачи, в которой также обсуждается использование аналогий с концепциями электрических цепей, см. Виньетку.
Использование журналов учета электроэнергии за 10 год.

Содействовать осмыслению и разъяснению существующих идей

Используя структуру POE (прогнозировать, наблюдать, объяснять), разбивайте учащихся на группы по 2-3 человека (или больше, если недостаточно оборудования):

a) Подключите электрическую цепь, содержащую батарею, световой шар и выключатель, чтобы в цепи был только один единственный путь для тока.Это называется последовательной схемой. Попросите учащихся понаблюдать за горящим земным шаром, когда выключатель включен.
b) Сгенерируйте единый групповой прогноз о том, что произойдет с яркостью земного шара (качественно — увеличится, уменьшится, останется прежним), когда второй глобус подключен также последовательно с другими компонентами, один за другим.
c) Согласуйте и запишите наблюдение того, что происходит с яркостью земного шара, когда второй глобус подключается к цепи.
г) Напишите одно групповое объяснение своего наблюдения.

Теперь обсудите с классом модель сопротивления, возникающую в результате столкновений между движущимися зарядами и частицами в проводах, через которые проходит ток (то есть модель электрического сопротивления «столкновения частиц»). Как введение второй лампочки повлияет на ток и яркость первой лампочки?

Попросите учащихся в их первоначальных группах переписать свои оригинальные объяснения POE так, чтобы теперь они были в терминах этой модели сопротивления частиц.

Помогает студентам выработать для себя некоторые «научные» объяснения

Попросите студентов снова подключить исходную схему батареи, одного светового шара и выключателя.

Предложите учащимся наблюдать и записывать, что происходит с яркостью земного шара, когда ряд различных материалов соединяются (по одному) таким образом, что ток имеет два возможных пути — либо через земной шар, либо через другой объект. который добавляется (это называется параллельной схемой).

Например, на схеме показана вторая лампочка, подключенная к цепи с помощью зажимов типа «крокодил».

Предложения по различным материалам:

другой световой шар, как показано на схеме выше
короткий кусок медного провода (который может быть только частью цепи с замкнутым переключателем на очень короткое время!)
a очень длинная катушка проволоки (которая предназначена для увеличения сопротивления электрической цепи)
графит в карандаше (как уже отмечалось, заточите карандаш с обоих концов и используйте зажимы типа «крокодил», чтобы подключить карандаш к цепи)

Для В каждом материале учащиеся создают групповое объяснение своих наблюдений за тем, что происходит с яркостью земного шара при добавлении материала, в терминах модели сопротивления частиц.

Объединяйте идеи студентов с помощью обсуждения в классе всего диапазона представленных объяснений.

Предложите открытую проблему для изучения в игре или путем решения задач.

В качестве исследовательского задания в библиотеке / Интернете попросите учащихся изучить природу и использование сверхпроводников через структуру учебной процедуры, которая называется
Что? Ну и что? Что дальше? Студенты исследуют возможные ответы на следующие вопросы:

Что? — Какие факты могут найти студенты в ответ на вопрос «Что такое сверхпроводники и для чего они нужны?»
И что? — Для каждого факта, который учащиеся представляют в ответ на вопрос «Что?», Они должны написать как можно больше последствий этого факта; серия ответов на вопрос «И что?»
Что дальше? — По каждому факту, указанному в ответе «Что?», И последствиям, указанным в поле «И что?», Студенты пишут, что может произойти или произойти в результате этого.

Попросите учащихся изложить свои ответы в таблице, например:

ЧТО?	ТАК ЧТО?	ЧТО ДАЛЬШЕ?
Что такое сверхпроводники и что они делают?	Что это за последствия?	Что может произойти в результате?
Сверхпроводники — это материалы, которые в достаточно холодном состоянии проводят электрический ток без какого-либо сопротивления.	Когда в сверхпроводнике без сопротивления возникает ток, он будет продолжать течь вечно без каких-либо затрат энергии.	Электрический ток можно сохранить, просто запустив ток в сверхпроводник, а затем оставив его.

В чем разница между удельным сопротивлением и проводимостью?

Удельное сопротивление и проводимость — это свойства проводников.Проводники — это вещества, которые пропускают через них электрический ток или тепловую энергию. Самыми распространенными и известными проводниками электрического тока являются металлы. Самыми распространенными и известными проводниками тепловой энергии являются металл и стекло.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление — это электрическое сопротивление проводящего материала на единицу длины. Другими словами, это степень, в которой проводник препятствует прохождению электричества через себя, вместо этого позволяя энергии вытекать из электрической цепи, чаще всего в виде тепла. Удельное сопротивление полезно при сравнении различных материалов на основе их способности проводить электрические токи. Единицей измерения сопротивления является ом.

Проводимость

Проводимость, напротив, — это степень, в которой проводник позволяет току проходить через себя. Единица проводимости — сименс (S). Ранее он назывался mho. Хорошие проводники сохраняют тепло, сводя к минимуму потери энергии в электрической цепи. Например, медная проволока — это материал с отличной проводимостью.Такие материалы, как воздух, ткань или резина, имеют очень плохую проводимость.

Взаимосвязь

Электропроводность обратно пропорциональна удельному сопротивлению. Число и его обратное произведение всегда равно 1. Например, обратное значение 4 равно ¼. Это означает, что по мере увеличения проводимости сопротивление уменьшается. Точно так же, когда проводимость уменьшается, удельное сопротивление увеличивается. На практике это означает, что материал не может иметь высокую проводимость и высокое удельное сопротивление, но может иметь одно или другое.

Использование

У проводимости есть множество применений. Он определяет, из каких материалов делать электрические детали. Его также можно использовать для проверки чистоты воды (нечистая вода проводит более легко). Его также можно использовать для сортировки материалов по типу. Удельное сопротивление тоже имеет свои применения. Из них, пожалуй, самым известным является использование резины в качестве электроизолятора. Изоляторы — это материалы, используемые для окружения проводников, чтобы предотвратить выход электричества или тепла из цепи.

Электрическое сопротивление | IOPSpark

В этом эпизоде рассматривается сопротивление металла и полупроводника, дается микроскопическое объяснение изменения температуры. Также дается краткий обзор сверхпроводимости и ее приложений.

Краткое содержание урока

Демонстрация и обсуждение: сопротивление и температура (10 минут)
Обсуждение: Свободные электроны в металлах (10 минут)
Студенческий эксперимент: поведение термистора (20 минут)
Обсуждение и демонстрация: Проводимость в полупроводниках (5 минут)
Обсуждение: Сверхпроводимость (20 минут)
Деятельность учащихся: Исследование сверхпроводимости (30 минут плюс время для отчета)
Вопросы студентов: Использование этих идей (20 минут)

Обсуждение и демонстрация: Сопротивление и температура

В этой серии рассказывается об изменении сопротивления лампы накаливания. Собственные результаты учеников должны показать, что сопротивление возрастает с увеличением тока. Свяжите это с изменением температуры проволоки и напомните им, что металлы подчиняются закону Ома, если температура постоянна. (Когда они измеряли сопротивление константановой проволоки в эпизоде 109, ток всегда был небольшим, поэтому температура была почти постоянной.) Вы можете усилить идею изменения сопротивления в металлах, охладив провод и показывая, что его сопротивление уменьшается. Это можно сделать с помощью охлаждающего спрея или, что еще более важно, с помощью жидкого азота (если он доступен).

Эпизод 110-1: Сопротивление металла уменьшается при понижении температуры (Word, 43 КБ)

Обсуждение: Свободные электроны в металлах

Здесь стоит остановиться, чтобы обсудить механизм металлического сопротивления. Напомните студентам о модели, согласно которой с увеличением температуры тепловые колебания в решетке увеличиваются, вызывая большее рассеяние электронов. (Имейте в виду, что здесь есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд с точки зрения квантовой теории, в отличие от классической теории свободных электронов).Это увеличивает сопротивление металла.

Далее рассмотрим полупроводники. Студенты вряд ли много знают о полупроводниках, поэтому, возможно, стоит сделать краткое введение, сказав, что по сравнению с металлами у них есть только несколько свободных электронов, поэтому сопротивление (сопротивление — более подходящий термин здесь, но они еще не встречались это) намного выше. Однако полупроводники, такие как кремний, занимают центральное место в электронной промышленности, поэтому стоит учитывать их электрические характеристики.Например, как их сопротивление зависит от температуры?

Студенческий эксперимент: Поведение термистора

Студенты могут самостоятельно исследовать температурную зависимость сопротивления термистора.

Результаты должны показать явное уменьшение сопротивления с повышением температуры. Это противоположно тому, что произошло с металлом.

NB Эти термисторы н.т.к. типы (отрицательный температурный коэффициент). Существуют и другие типы, которые имеют нелинейный положительный температурный коэффициент.

Эпизод 110-2: Калибровка термистора (Word, 39 КБ)

Обсуждение и демонстрации: Проводимость в полупроводниках

Спросите, колеблются ли атомы в полупроводнике сильнее при более высокой температуре. Конечно, есть — поэтому этот вклад в сопротивление должен увеличиваться так же, как и для металла. Так что еще может улучшить проводимость полупроводников? Ответ: больше носителей заряда. В то время как количество свободных электронов в металле постоянно, эффект нагрева полупроводника освобождает дополнительные электроны (и дырки, но, вероятно, о них пока не стоит упоминать!).Для кремния в этом диапазоне температур влияние дополнительных носителей заряда перевешивает влияние дополнительных колебаний.

Интересная дополнительная демонстрация может быть проведена с использованием другого полупроводника (углерода). Это показывает, что два эффекта конкурируют друг с другом. При более низких температурах преобладает увеличение сопротивления из-за вибрации, поскольку с повышением температуры высвобождается все больше и больше электронов, и сопротивление начинает падать.

Обсуждение: Сверхпроводимость

Представив идею о том, что металлическое сопротивление вызывается рассеянием электронов на ионах, когда они колеблются, вы должны вернуться к тому, что происходит при охлаждении металла.

Вы ищете аргумент, который работает по следующим принципам: более низкая температура, меньшая амплитуда вибрации, следовательно, меньшее рассеяние и, следовательно, меньшее сопротивление. Вернитесь к первоначальной демонстрации.

Как низко мы можем спуститься?

Студенты должны предсказать, что тепловые колебания в конечном итоге прекратятся (при абсолютном нуле на простой механической модели). Это означает очень низкое сопротивление при низких температурах (но не обязательно нулевое).

Привести к работе Каммерлинг-Оннеса и его удивление, что сопротивление ртути исчезает при очень низкой температуре (несколько градусов выше абсолютного нуля: 4.15 К).

Этот внезапный переход был неожиданным и является квантовым эффектом. Это происходит с некоторыми, но не со всеми металлами. Это также наблюдалось при гораздо более высоких температурах (около 150 К) в некоторых керамических изделиях. Они называются высокотемпературными сверхпроводниками и (хотя мы все еще говорим о температурах более 100 градусов ниже нуля по Цельсию! Механизм высокотемпературной сверхпроводимости до конца не изучен, и есть надежда, что в будущем мы сможем производить продукцию комнатной температуры. сверхпроводники.

Вместо того, чтобы читать им лекции о сверхпроводниках, это было бы хорошей возможностью поставить им некоторые исследовательские задачи, о которых можно было бы доложить классу. Вот рабочий лист, который можно использовать:

Эпизод 110-3: Исследование сверхпроводимости (Word, 27 КБ)

Вопросы учащихся: использование этих идей

Эпизод 110-4: Последовательное соединение лампы накаливания и термистора (Word, 31 КБ)

Электрическое сопротивление и класс удельного сопротивления десять по науке NCERT

Сопротивление

Сопротивление — это свойство проводника, благодаря которому он сопротивляется прохождению через него электрического тока. Компонент, который используется для сопротивления прохождению электрического тока в цепи, называется резистором.

На практике резисторы используются для увеличения или уменьшения электрического тока.

Переменное сопротивление: Компонент электрической цепи, который используется для регулирования тока; без изменения напряжения от источника; называется переменным сопротивлением.

Реостат: Это устройство, которое используется в цепи для обеспечения переменного сопротивления.

Причина сопротивления в проводнике:

Поток электронов в проводнике — электрический ток. Частицы проводника создают препятствие потоку электронов; из-за притяжения между ними. Эта помеха является причиной сопротивления току электричества.

Сопротивление в проводнике зависит от типа, длины и площади поперечного сечения проводника.

Тип материала: Некоторые материалы создают наименьшие помехи и поэтому называются хорошими проводниками. Серебро — лучший проводник электричества. В то время как некоторые другие материалы создают больше препятствий для прохождения электрического тока, то есть прохождения через них электронов. Такие материалы называют плохими проводниками. Плохие проводники также известны как изоляторы. Жесткий пластик — один из лучших изоляторов электричества.

Длина проводника: Сопротивление R прямо пропорционально длине проводника. Это означает, что сопротивление увеличивается с увеличением длины проводника.Это причина того, что длинные электрические провода создают большее сопротивление электрическому току.

Таким образом, сопротивление (R) ∝ длина проводника (l)

или `R ∝ l` ——— (i)

Площадь поперечного сечения: сопротивление R обратно пропорционально площади поперечного сечения (A) проводника. Это означает, что R будет уменьшаться с увеличением площади проводника и наоборот. Большая площадь проводника облегчает прохождение электрического тока через большую площадь и, таким образом, снижает сопротивление. Это причина того, что толстый медный провод создает меньшее сопротивление электрическому току.

Таким образом, `текст (сопротивление) ∝ (1) / (текст (Площадь))` поперечного сечения проводника (A)

Или, `R∝1 / A` ——— (ii)

Из уравнений (i) и (ii)

`R∝l / A`

Или, `R = ρ \ l / A` ———— (iii)

Где ρ (rho) — константа пропорциональности. Это называется удельным сопротивлением материала проводников.

Из уравнения (iii)

`RA = ρl`

Или, `ρ = (RA) / (l)` ———- (iv)

Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ: Так как единицей измерения R в системе СИ является Ом, единицей площади СИ является м ², а единицей измерения длины в системе СИ является м.2) / (м) = & Ом; м`

Таким образом, единицей измерения удельного сопротивления (ρ) в системе СИ является Ом · м

Материалы с удельным сопротивлением в диапазоне от 10 ⁻⁸ Ом · м до 10 ⁻⁶ Ом · м считаются очень хорошими проводниками. Серебро имеет удельное сопротивление, равное 1,60 X 10 ⁻⁸ Ом · м, а медь имеет удельное сопротивление, равное 1,62 X 10 ⁻⁸ Ом · м.

Резина и стекло — очень хорошие изоляторы. Они имеют удельное сопротивление порядка от 10 ¹² Ом · м до 10 ¹⁷ Ом · м.2) `

`= (10xx2 & ohm;) / (7.65xx10)`

`= (2 Ом;) / (7,65) = 0,26 Ом;`

Пример 4: Площадь поперечного сечения провода уменьшается вдвое, когда его длина увеличивается вдвое. Как изменится сопротивление провода в новом состоянии?

Решение: Пусть площадь сечения провода =

Пусть длина провода перед растяжкой = L

Пусть Сопротивление провода =

После натяжения проволоки пустить

Площадь поперечного сечения = A / 2

Длина = 2L

Сопротивление = R1

Таким образом, отношение сопротивления до растяжения к сопротивлению после растяжения можно представить следующим образом:

Или, `R: R_1 = (ρL) / (A): (ρ2L) / (A / 2)`

Или, `R: R_1 = (ρL) / (A): (4ρ L) / (A)`

Или, `R: R_1 = 1: 4`

Это означает, что R = 1 и R1 = 4

Таким образом, после растяжения проволоки сопротивление увеличивается в четыре раза.

Законы сопротивления и единицы удельного сопротивления

Удельное сопротивление или коэффициент сопротивления

Удельное сопротивление или коэффициент сопротивления — это свойство вещества, благодаря которому вещество оказывает сопротивление протеканию через него тока. Сопротивление или коэффициент сопротивления любого вещества можно легко вычислить по формуле, полученной из Законов сопротивления .

Законы сопротивления

Стойкость любого вещества зависит от следующих факторов:

Длина вещества.
Площадь поперечного сечения вещества.
Природа материала вещества.
Температура вещества.

Существует в основном четыре (4) закона сопротивления , по которым можно легко определить удельное сопротивление или удельное сопротивление любого вещества.

Первый закон сопротивления

Сопротивление вещества прямо пропорционально длине вещества. электрическое сопротивление вещества R составляет

, где L — длина вещества.
Если длина вещества увеличивается, путь, пройденный электронами, также увеличивается. Если электроны путешествуют долго, они больше сталкиваются, и, следовательно, количество электронов, проходящих через вещество, становится меньше; следовательно, ток через вещество уменьшается. Другими словами, сопротивление вещества увеличивается с увеличением длины вещества. Это соотношение также линейное.

Второй закон сопротивления

Сопротивление вещества обратно пропорционально площади поперечного сечения вещества.Электрическое сопротивление R вещества равно
, где A — площадь поперечного сечения вещества.
Ток через любое вещество зависит от количества электронов, проходящих через поперечное сечение вещества за единицу времени. Таким образом, если поперечное сечение любого вещества больше, то большее количество электронов может пересечь поперечное сечение. Прохождение большего количества электронов через поперечное сечение в единицу времени вызывает больший ток через вещество. Для фиксированного напряжения больший ток означает меньшее электрическое сопротивление, и это соотношение является линейным.

Удельное сопротивление

Комбинируя эти два закона, мы получаем, где ρ (rho) — константа пропорциональности, известная как удельное сопротивление или удельное сопротивление материала проводника или вещества. Теперь, если мы положим в уравнение L = 1 и A = 1, мы получим R = ρ. Это означает, что сопротивление материала единичной длины с единичной площадью поперечного сечения равно его удельному сопротивлению или удельному сопротивлению . В качестве альтернативы удельное сопротивление материала можно определить как электрическое сопротивление между противоположными гранями куба единичного объема этого материала.

Третий закон удельного сопротивления

Сопротивление вещества прямо пропорционально удельному сопротивлению материалов, из которых оно изготовлено. Удельное сопротивление всех материалов неодинаково. Это зависит от количества свободных электронов и размера атомов материалов, типов связей в материалах и многих других факторов структуры материала. Если удельное сопротивление материала высокое, сопротивление, обеспечиваемое веществом, состоящим из этого материала, будет высоким, и наоборот.Это соотношение также линейное.

Четвертый закон сопротивления

Температура вещества также влияет на сопротивление, оказываемое веществом. Это связано с тем, что тепловая энергия вызывает больше межатомных колебаний в металле, и, следовательно, электроны получают больше препятствий при перемещении от конца с более низким потенциалом к концу с более высоким потенциалом. Следовательно, в металлическом веществе сопротивление увеличивается с повышением температуры. Если вещество неметаллическое, с повышением температуры разрывается больше ковалентных связей, что приводит к появлению большего количества свободных электронов в материале.Следовательно, сопротивление уменьшается с повышением температуры.
Поэтому упоминать сопротивление любого вещества без указания его температуры бессмысленно.

Единица удельного сопротивления

Единица удельного сопротивления может быть легко определена из уравнения

Единица удельного сопротивления — это Ом — м в системе MKS и Ом — см в системе CGS и 1 Ом — м = 100 Ом. — см.

Список удельного сопротивления различных широко используемых материалов

Материалы	Удельное сопротивление в мкОм — см при 20 ^o C
Алюминий	2.82
Латунь	от 6 до 8
Углерод	От 3k до 7k
Constantan	49
Медь	1,72
Золото	2,44
Железо	12,0
Свинец	22,0
Манганин	42-74
Ртуть	96
Никель	7. Навигация по записям Предыдущая запись: Bt симисторы: Симисторы, тиристоры BT xxx, основные характеристики, аналоги цоколевка Следующая запись: Показания счетчиков электроэнергии личный кабинет: Красноярскэнергосбыт вход в личный кабинет передать показания alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Провести электричество на дачу: требования, подбор схемы и сечения, варианты выполнения 16.04.202128.11.2020 Режимы сварки полуавтоматом: Режимы полуавтоматической сварки: таблицы и основные параметры 21.01.202115.11.2020 2 я планета от солнца: Планеты Солнечной системы – по порядку, характеристики, факты, фото и видео 13.06.202030.09.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Генератор Разное Советы Турбина Электростанции Энергия 2024 © Все права защищены.