Rezistența electrică a firelor

Conceptul de rezistență și conductivitate electrică

Orice corp prin care trece un curent electric are o anumită rezistență la acesta. Proprietatea unui material conductor de a împiedica trecerea curentului electric prin el se numește rezistență electrică.

Teoria electronică explică natura rezistenței electrice a conductorilor metalici în acest fel. Electronii liberi, atunci când se deplasează de-a lungul unui fir, întâlnesc atomi și alți electroni pe drum de nenumărate ori și, interacționând cu ei, își pierd inevitabil o parte din energie. Oricum, electronii experimentează rezistență la mișcarea lor. Diferiți conductori metalici cu structuri atomice diferite au rezistență diferită la curentul electric.

Exact același lucru explică rezistența conductoarelor lichide și a gazelor la trecerea curentului electric. Totuși, nu trebuie să uităm că în aceste substanțe, nu electronii, ci particulele încărcate de molecule întâmpină rezistență în timpul mișcării lor.

Rezistența este notă cu literele latine R sau r.

Ohmul este considerat unitatea de măsură a rezistenței electrice.

Ohm este rezistența unei coloane de mercur de 106,3 cm înălțime cu o secțiune transversală de 1 mm2 la o temperatură de 0 ° C.

Dacă, de exemplu, rezistența electrică a firului este de 4 ohmi, atunci se scrie astfel: R = 4 ohmi sau r = 4-lea.

Pentru măsurarea rezistențelor de valoare mare se adoptă o unitate numită megaohm.

Un megaohm este egal cu un milion de ohmi.

Cu cât rezistența firului este mai mare, cu atât conduce mai rău curentul electric și, invers, cu cât rezistența firului este mai mică, cu atât trece mai ușor curentul electric prin acest fir.

Prin urmare, pentru caracteristicile unui conductor (din punct de vedere al trecerii unui curent electric prin el), se poate lua în considerare nu numai rezistența acestuia, ci și valoarea inversă a rezistenței și numită conductivitate.

Conductivitatea electrică se numește capacitatea unui material de a trece un curent electric prin el însuși.

Deoarece conductanța este reciproca rezistenței, este exprimată ca 1 /R, conductanța este notă cu litera latină g.

Influența materialului conductorului, a dimensiunilor acestuia și a temperaturii ambientale asupra valorii rezistenței electrice

Rezistența diferitelor fire depinde de materialul din care sunt fabricate. Pentru a caracteriza rezistența electrică a diferitelor materiale, conceptul așa-numitului Rezistenţă.

Rezistența numită rezistența unui fir cu o lungime de 1 m și o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm2. Rezistența se notează cu litera greacă r. Fiecare material din care este realizat un conductor are propria rezistență specifică.

De exemplu, rezistența cuprului este de 0,017, adică un fir de cupru cu o lungime de 1 m și o secțiune transversală de 1 mm2 are o rezistență de 0,017 ohmi. Rezistența aluminiului este 0,03, rezistența fierului este 0,12, rezistența constantanului este 0,48 și rezistența nicromului este 1-1,1.

Citiți mai multe despre el aici: Ce este rezistența electrică?

Rezistența unui fir este direct proporțională cu lungimea sa, adică cu cât este mai lung, cu atât este mai mare rezistența sa electrică.

Rezistența unui fir este invers proporțională cu aria secțiunii sale transversale, adică cu cât firul este mai gros, cu atât rezistența lui este mai mică și, invers, cu cât firul este mai subțire, cu atât este mai mare rezistența acestuia.

Pentru a înțelege mai bine această relație, imaginați-vă două perechi de vase comunicante, o pereche de vase având un tub de legătură subțire și cealaltă gros. Este clar că atunci când unul dintre vase (fiecare pereche) este umplut cu apă, transferul lui într-un alt vas printr-o țeavă groasă va avea loc mult mai repede decât printr-o țeavă subțire, adică. o conductă groasă va avea mai puțină rezistență la curgerea apei. În mod similar, este mai ușor ca un curent electric să treacă printr-un fir gros decât printr-un fir subțire, adică primul are o rezistență mai mică decât cel din urmă.

Rezistența electrică a unui conductor este egală cu rezistența specifică a materialului din care este realizat acest conductor, înmulțită cu lungimea conductorului și împărțită la aria ariei secțiunii transversale a conductor:

R = p l / S,

unde - R - rezistența firului, ohm, l - lungimea firului în m, C - aria secțiunii transversale a firului, mm2.

Aria secțiunii transversale a unui fir rotund calculată după formula:

S = Pi xd2 / 4

unde Pi este o valoare constantă egală cu 3,14; d — diametrul firului.

Și așa se determină lungimea firului:

l = S R / p,

Această formulă face posibilă determinarea lungimii firului, a secțiunii transversale și a rezistenței acestuia, dacă sunt cunoscute celelalte cantități incluse în formulă.

Dacă este necesar să se determine aria secțiunii transversale a firului, atunci formula duce la următoarea formă:

S = p l / R

Transformând aceeași formulă și rezolvând egalitatea în termeni de p, găsim rezistența firului:

R = R S/l

Ultima formulă ar trebui utilizată în cazurile în care rezistența și dimensiunile conductorului sunt cunoscute, dar materialul acestuia este necunoscut și, în plus, este dificil de determinat din aspectul său. Pentru a face acest lucru, este necesar să determinați rezistența firului și, folosind tabelul, să găsiți un material cu o astfel de rezistență.

Un alt factor care afectează rezistența firelor este temperatura.

S-a stabilit că odată cu creșterea temperaturii, rezistența firelor metalice crește, iar odată cu scăderea, aceasta scade. Această creștere sau scădere a rezistenței pentru conductorii din metal pur este aproape aceeași și are o medie de 0,4% la 1 °C... Rezistența conductoarelor lichide și a cărbunelui scade odată cu creșterea temperaturii.

Teoria electronică a structurii materiei oferă următoarea explicație pentru creșterea rezistenței conductoarelor metalice odată cu creșterea temperaturii.Când este încălzit, conductorul primește energie termică, care este transmisă inevitabil tuturor atomilor substanței, drept urmare intensitatea mișcării lor crește. Mișcarea crescută a atomilor creează o rezistență mai mare la mișcarea dirijată a electronilor liberi, motiv pentru care rezistența conductorului crește. Pe măsură ce temperatura scade, se creează condiții mai bune pentru mișcarea direcțională a electronilor, iar rezistența conductorului scade. Acest lucru explică un fenomen interesant - supraconductibilitatea metalelor.

SupraconductivitateReducerea rezistenței metalelor la zero are loc la o temperatură negativă uriașă -273° ° Așa-numitul zero absolut. La o temperatură de zero absolut, atomii de metal par să înghețe pe loc, complet nederanjați de mișcarea electronilor.