По какой формуле вычисляется электрическое сопротивление
Перейти к содержимому

По какой формуле вычисляется электрическое сопротивление

  • автор:

Формула сопротивления тока. Как найти электрическое сопротивление по закону Ома.

электрическое сопротивление, формулы для нахождения сопротивления

В сфере электрики и электроники такая вещь (и понятие) как сопротивление встречается повсеместно. Хоть может и показаться, что электрическое сопротивление это плохо, так как она препятствует свободному течению электрических зарядов по проводникам, но это не совсем так. Возможно вы уже сталкивались с тем, что во всем нужна своя мера. Любой вид энергии (в нашем случае электрической, электромагнитной) в той или иной системе нуждается в своем определенном количестве. Если энергии становится больше или меньше нужной меры, то как правило возникают различные нарушения правильной ее работы. Так что сопротивление в определенных случаях это даже очень хорошо.

Ну, а какая есть формула сопротивления тока? Основополагающей формулой, по которой можно найти электрическое сопротивление является та, которая исходит из обычного закона Ома.

Как найти, вычислить электрическое сопротивление по закону Ома

Сама формула электрического сопротивления выражается так — сопротивление это отношение напряжения к силе тока. То есть, чтобы найти электрическое сопротивление нужно напряжение (разность потенциалов) разделить на силу тока. Все очень просто. Единицей измерения электрического сопротивления является «Ом» (названная в честь своего ученого открывателя). Напряжение измеряется в вольтах, а сила тока в амперах. В итоге мы имеем, 1 Ом равен 1 вольт деленный на 1 ампер. Используется и другие более крупные единицы измерения сопротивления — это килоомы (1 кОм = 1000 Ом), мегаомы (1 мОм = 1000 кОм = 1000 000 Ом).

Но всеже есть одно НО! Формулу нахождения сопротивления по закону Ома можно применять для постоянного и переменного тока лишь при наличии именно активного сопротивления (обычные резисторы, нагреватели, лампы накаливания и т.д.). Для случая реактивного сопротивления используется немного другая формула сопротивления тока. Она учитывает кроме напряжения и силы тока еще частоту, индуктивность, ёмкость.

формула для нахождения реактивного индуктивного и емкостного сопротивления

Помимо этих формул еще можно привести такую, которая показывает зависимость сопротивления от вида и размеров проводника. Формула сопротивления тока уже будет содержать такие понятия как сечение проводника, его длина, удельное сопротивления (зависящее от конкретного материала).

формула для нахождения электрического сопротивления проводника от длины сечения удельного сопротивления

А что собственно представляет собой это самое электрическое сопротивление? Думаю не лишним будет пояснить это. Итак, из физики нам известно, что любой проводник имеет так называемую кристаллическую решетку, состоящую из атомов и молекул, соединенных достаточно жесткими связями, что формирует устойчивую, фиксированную структуру. Атомы имеют ядро (состоящее из протонов и нейтронов), у которого положительный заряд. Вокруг ядра вращаются более мелкие частицы, называемые электронами, имеющими отрицательный электрический заряд.

движение зарядов (электронов) в проводнике, оказание сопротивления движению

Так вот, те электроны, что удалены от ядра дальше всего могут достаточно легко отрываться от своего атома и переходить к соседнему. При определенных условиях, а именно при подключении внешнего источника питания (а конкретнее внешнего электромагнитного поля) эти свободные электроны могут уже перемещаться упорядоченно в одном направлении. что порождает электрический ток. Но при своем движении электроны постоянно сталкиваются с другими атомами, что находятся на их пути. Вот именно это и является фактором электрического сопротивления. Следовательно предположить, что чем длиннее и тоньше будет проводник, тем больше препятствий будет на пути движения электронов, тем больше будет электрическое сопротивление. Ну, а еще одни проводники, в силу особенностей своей кристаллической решетки, будут иметь большее сопротивление, а другие — меньшее.

Напряжение можно еще сравнить с давлением (по аналогии с водой в трубах, к примеру), электрический ток это упорядоченное движение заряженных частиц, то есть в прямом смысле «поток зарядов (их количество, которое движется в одном направлении)». Вот и получается, что чем больше мы имеем (видим) напряжение на определенном участке электрической цепи (давление воды в водопроводе), при определенном потоке электронов, тем значит больше будет электрическое сопротивление, которое оказывается на движение этого самого потока электрических зарядов, внутри проводника. Все логично.

P.S. Если хорошо уметь представлять те физические процессы, что происходят внутри электрических схем, цепей, будет намного проще понять их изначальную суть. После этого любая формула становится более понятной, с точки зрения зависимости определенных физических величин. Это уже не просто набор каких-то знаков, это конкретная зависимость единиц измерения, что строго отображают в теории то, что работает на практике (в схемах, электрических устройствах и т.д.).

Что такое сопротивление?

Что такое сопротивление?

Сопротивление — это величина, которая отражает противодействие протеканию тока в электрической цепи.

Сопротивление измеряется в омах, для международного обозначения которых используется греческая буква омега (Ω). Эта единица измерения названа в честь Георга Симона Ома (1784–1854 гг.), немецкого физика, который изучал взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Ему приписывают первую формулировку закона Ома.

Все материалы в некоторой степени сопротивляются прохождению току. Их разделяют на две большие категории:

Золотой провод является отличным проводником

  • Проводники: Материалы, обладающие очень малым сопротивлением, в которых электроны могут свободно перемещаться. Примеры: серебро, медь, золото и алюминий.
  • Изоляторы: Материалы с высоким сопротивлением, которые ограничивают поток электронов. Примеры: резина, бумага, стекло, дерево и пластмассы.

Обычно сопротивление измеряется для определения состояния компонента или цепи.

  • Чем выше сопротивление, тем меньше сила тока. Одной из множества причин очень высокого сопротивления могут быть проводники, которые перегорели или повреждены вследствие коррозии. Все проводники выделяют некоторое количество тепла, поэтому перегрев часто связан с сопротивлением.
  • Чем ниже сопротивление, тем выше сила тока. Возможные причины: изоляторы повреждены из-за перегрева или воздействия влаги.

Многие компоненты, такие как нагревательные элементы и резисторы, имеют фиксированное значение сопротивления. Эти значения часто указываются на паспортных табличках компонентов или в руководствах в качестве справочной информации.

Если указан допуск, измеренное значение сопротивления должно находиться в пределах указанного диапазона. Значительное изменение фиксированного значения сопротивления обычно указывает на проблему.

Само слово «сопротивление» может звучать неприятно, но в электротехнике сопротивление обеспечивает определенные преимущества.

Примеры. Прохождение тока через небольшие нагревательные элементы тостера должно быть затруднено, чтобы выделялось тепло для поджаривания хлеба. В лампах накаливания старого типа ток проходит через волокна, достаточно тонкие для образования свечения.

Сопротивление не может быть измерено в рабочей цепи. Соответственно, технические специалисты, осуществляющие поиск и устранение неисправностей, часто рассчитывают сопротивление по измеренным значениям напряжения и тока в соответствии с законом Ома:

То есть В = А × Ом. R в этой формуле означает сопротивление. Если сопротивление неизвестно, формулу можно преобразовать следующим образом: R = E/I (Ом = В/А).

Примеры. В цепи электрического обогревателя, как показано на двух рисунках ниже, для определения сопротивления измеряют значения напряжения и тока в цепи, а затем применяют закона Ома.

Пример нормального сопротивления цепиПример повышенного сопротивления цепи

В первом примере общее нормальное сопротивление цепи (эталонное сопротивление) равно 60 Ом (240 ÷ 4 = 60 Ом). Сопротивление 60 Ом позволяет определить состояние цепи.

Во втором примере при понижении силы тока с 4 А до 3 А сопротивление цепи увеличилось с 60 Ом до 80 Ом (240 ÷ 3 = 80 Ом). Прирост значения общего сопротивления в 20 Ом может быть вызвано ослабленным или загрязненным соединением или разомкнутым участком катушки. Разомкнутые участки катушки увеличивают общее сопротивление цепи, в результате чего понижается сила тока.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Электрическое сопротивление, Закон Ома, формула.

Электрическое сопротивление определяет силу тока, текущего по цепи при заданном напряжении.

Под Электрическим сопротивлением R понимают отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.

R электрическое сопротивление проводника, Ом
U напряжение, Вольт
I сила тока, Ампер

Единица СИ сопротивления

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер) .

Вычислить, найти электрическое сопротивление по формуле (1) (Закон Ома).

Сила тока, Закон Ома, формула.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Сила тока, Закон Ома, формула.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Напряжение, Закон Ома, формула.

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

Напряжение, Закон Ома, формула.

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

Электрическое сопротивление проводников

Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротивления металлических проводников. Свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии.

Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока

Движущиеся электроны (от положительного полюса источника к отрицательному) ударяются о колеблющиеся ионы кристаллической решетки в проводнике и замедляют их движение

Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электрическому току.

Точно тем же объясняется сопротивление жидких проводников и газов прохождению электрического тока. Однако не следует забывать, что в этих веществах не электроны, а заряженные частицы молекул встречают сопротивление при своем движении.

Аналоговый мультиметр

Омметр — прибор для измерения электрического сопротивления

Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r .

За единицу электрического сопротивления принят ом в честь Георга Симона Ома (1784–1854), немецкого физика, изучавшего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.

Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм 2 при температуре 0° С.

Если, например, электрическое сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом или r = 4 ом.

Для измерения сопротивлений большой величины принята единица, называемая мегомом.

Один мегом равен одному миллиону ом.

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.

Следовательно, для характеристики проводника (с точки зрения прохождения через него электрического тока) можно рассматривать не только его сопротивление, но и величину, обратную сопротивлению.

Обратной величиной электрического сопротивления является физическая величина, называемая электропроводностью.

Медные токоведущие шины в распределительном устройстве

Медные токоведущие шины в распределительном устройстве

Электрической проводимостью (электропроводностью) называется способность материала пропускать через себя электрический ток.

Так как проводимость есть величина, обратная сопротивлению, то и выражается она как 1/ R , обозначается проводимость латинской буквой g.

Единицей электрической проводимости является сименс. Она была так названа в честь немецкого ученого Вернера Сименса (1816 — 1892).

Слово сопротивление также относится к пассивному электрическому компоненту, правильное название которого — резистор, характеризующийся одним свойством — электрическим сопротивлением.

Причина включения резистора в электрическую цепь обычно состоит в том, чтобы уменьшить величину электрического тока или получить определенное падение напряжения. Резистор часто неправильно называют сопротивлением и это может привести к двусмысленности . Величину сопротивления резисторов обозначают либо написанием числа на резисторе, либо, что чаще, цветными полосками.

Резисторы для электронных схем

Резисторы для электронных схем

Влияние материала проводника, его размеров и окружающей температуры на величину электрического сопротивления.

Величина электрического сопротивления определяется материалом, формой и температурой проводника. Величина сопротивления зависит от длины проводника (прямопропорционально), от содержания в поперечном сечении проводника (обратно пропорционально), от материала проводника (удельное электрическое сопротивление) и от температуры.

Так как сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены, то для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие так называемого удельного сопротивления.

Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 . Удельное сопротивление обозначается буквой греческого алфавита р. Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает своим удельным сопротивлением.

Например, удельное сопротивление меди равно 0,017, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,017 ом. Удельное сопротивление алюминия равно 0,03, удельное сопротивление железа — 0,12, удельное сопротивление константана — 0,48, удельное сопротивление нихрома — 1-1,1.

Вещества, обладающие высоким удельным сопротивлением, являются изоляторами. Наиболее совершенным изолятором является янтарь, а также в качестве изоляторов применяют ПВХ, слюду, стекло, фарфор и т. д.

удельное сопротивление

удельная проводимость

Хорошие проводники, такие как серебро, медь и алюминий, имеют самое низкое удельное сопротивление

Электрический провод с медной жилой

Электрический провод с медной жилой

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

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

Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой, т. е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т. е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.

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

где — R — сопротивление проводника, ом, l — длина в проводника в м, S — площадь поперечного сечения проводника, мм 2 .

Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле:

S = ( Пи х d 2 )/ 4

где Пи — постоянная величина, равная 3,14; d — диаметр проводника.

А так определяется длина проводника:

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

Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формулу приводят к следующему виду:

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

Последней формулой приходится пользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же трудно определим по внешнему виду. Для этого надо определить удельное сопротивление проводника и, пользуясь таблицей, найти материал, обладающий таким удельным сопротивлением.

Поперечный разрез силового кабеля на 400 кВ

Поперечный разрез силового кабеля на 400 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена и медной жилой. Сечение кабеля — 1600 мм 2 . Такой кабель используется в воздушно-кабельной линии электропередачи 380 кВ в Берлине. Линия протяженностью 34 км построена в 2000-м году.

Это нужно запомнить:

1. Если к одному и тому же источнику электрического напряжения последовательно подключить проводники из разных материалов, но одинаковой длины и одинакового сечения, то мы будем измерять амперметром, что по каждому проводнику протекает электрический ток разной величины. Каждый материал оказывает различное сопротивление прохождению тока.

2. Если мы используем для измерения проводники из одного и того же материала, которые будут иметь одинаковый диаметр, но всегда разную длину, то амперметр будет определять разный проходящий ток для каждой длины проводника. Наибольший ток будет течь по самому короткому проводу.

3. Если мы используем для измерения проводники из одного материала одинаковой длины, но разного сечения, то мы будем измерять разные значения тока для каждого проводника с разным сечением. Наибольший ток будет течь по проводу с наибольшим сечением.

Медные клеммные колодки для соединения жил проводов и кабелей в электрощитах

Медные клеммные колодки для соединения жил проводов и кабелей в электрощитах

Еще одной причиной, влияющей на сопротивление проводников, является температура .

Сопротивление проводников и полупроводников зависит от температуры. Сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры (положительный температурный коэффициент электрического сопротивления), а сопротивление полупроводников, углерода и некоторых специальных сплавов металлов с повышением температуры уменьшается (отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления). Электрическое сопротивление всегда имеет положительное значение. Хорошие проводники имеют малое сопротивление, плохие — высокое.

Различные проводники имеют разное сопротивление. Соединительные провода в электрической цепи имеют низкое сопротивление, чтобы как можно меньше уменьшить ток, проходящий через цепь. С другой стороны, резистивные проводники, используемые в нагревательных кабелях и электрических нагревательных приборах и резистивные нити накаливания лампочек имеют относительно высокое сопротивление, которые значительно нагреваются из-за своего высокого сопротивления при достаточном напряжении.

Нагревательный элемент для электрической плиты

Нагревательный элемент для электрической плиты

Установлено, что с повышением температуры сопротивление металлических проводников возрастает, а с понижением уменьшается. Это увеличение или уменьшение сопротивления для проводников из чистых металлов почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1° C . Сопротивление жидких проводников и угля с увеличением температуры уменьшается.

Электронная теория строения вещества дает следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры.

При нагревании проводник получает тепловую энергию, которая неизбежно передается всем атомам вещества, в результате чего возрастает интенсивность их движения. Возросшее движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов, отчего и возрастает сопротивление проводника.

С понижением же температуры создаются лучшие условия для направленного движения электронов, и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов .

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

Этот материал проводит электричество без сопротивления до 15°C, но только под высоким давлением

Новый сверхпроводящий материал, который был открыт в 2021 году, зажатый между алмазами, может проводить электричество без электрического сопротивления при комнатной температуре

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, колебательное движение молекул настолько мало, что свободные электроны движутся в них без всякого сопротивления. Ток, введенный в такой сильно охлаждаемый проводник, протекает непрерывно и без малейших потерь.

Постепенно охлаждая образцы платины и золота, голландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес (1853 — 1926) обнаружил, что их электрическое сопротивление уменьшается. Когда он проделал свой опыт с ртутью, то при температуре около 4,27 К ее сопротивление стало резко падать, а при температуре около 4,22 К полностью исчезло. В последующие годы он открыл сверхпроводимость и в других металлах.

В 2015 году физик Института химии им. Макса Планка Михаил Еремец и его команда сжали водород и серу для достижения сверхпроводимости при -70°C. Спустя несколько лет две исследовательские группы экспериментировали с соединениями лантана и водорода при высоком давлении. Эксперименты показали, что сверхпроводимость возможна при более высоких температурах, таких как -23°C и -13°C, но некоторые эксперименты были успешными и при 7°C.

Что еще почитать:

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *