Ηλεκτρική αντίσταση καλωδίων

Η έννοια της ηλεκτρικής αντίστασης και αγωγιμότητας

Κάθε σώμα μέσα από το οποίο ρέει ηλεκτρικό ρεύμα έχει μια ορισμένη αντίσταση σε αυτό. Η ιδιότητα ενός αγώγιμου υλικού να εμποδίζει τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται ηλεκτρική αντίσταση.

Η ηλεκτρονική θεωρία εξηγεί τη φύση της ηλεκτρικής αντίστασης των μεταλλικών αγωγών με αυτόν τον τρόπο. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, όταν κινούνται κατά μήκος ενός σύρματος, συναντούν άτομα και άλλα ηλεκτρόνια στο δρόμο τους αμέτρητες φορές και, αλληλεπιδρώντας μαζί τους, χάνουν αναπόφευκτα μέρος της ενέργειάς τους. Τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν αντίσταση στην κίνησή τους ούτως ή άλλως. Διαφορετικοί μεταλλικοί αγωγοί με διαφορετικές ατομικές δομές έχουν διαφορετική αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα.

Ακριβώς το ίδιο εξηγεί και την αντίσταση των υγρών αγωγών και αερίων στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ωστόσο, δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι σε αυτές τις ουσίες, όχι ηλεκτρόνια, αλλά φορτισμένα σωματίδια μορίων συναντούν αντίσταση κατά την κίνησή τους.

Η αντίσταση υποδηλώνεται με τα λατινικά γράμματα R ή r.

Ως μονάδα ηλεκτρικής αντίστασης λαμβάνεται το ωμ.

Ohm είναι η αντίσταση μιας στήλης υδραργύρου ύψους 106,3 cm με διατομή 1 mm2 σε θερμοκρασία 0 ° C.

Αν, για παράδειγμα, η ηλεκτρική αντίσταση του σύρματος είναι 4 ohms, τότε γράφεται ως εξής: R = 4 ohms ή r = 4 th.

Για τη μέτρηση αντιστάσεων μεγάλης αξίας, υιοθετείται μια μονάδα που ονομάζεται megohm.

Ένα megohm ισούται με ένα εκατομμύριο ohms.

Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του σύρματος, τόσο χειρότερα άγει το ηλεκτρικό ρεύμα και, αντίθετα, όσο μικρότερη είναι η αντίσταση του σύρματος, τόσο πιο εύκολο είναι το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει από αυτό το καλώδιο.

Επομένως, για τα χαρακτηριστικά ενός αγωγού (από την άποψη της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτού), μπορεί κανείς να λάβει υπόψη όχι μόνο την αντίστασή του, αλλά και την αντίστροφη τιμή της αντίστασης και που ονομάζεται αγωγιμότητα.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα ονομάζεται η ικανότητα ενός υλικού να διέρχεται από τον εαυτό του ηλεκτρικό ρεύμα.

Εφόσον η αγωγιμότητα είναι το αντίστροφο της αντίστασης, εκφράζεται ως 1 /R, η αγωγιμότητα συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα g.

Επίδραση του υλικού του αγωγού, των διαστάσεων του και της θερμοκρασίας περιβάλλοντος στην τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης

Η αντίσταση των διαφορετικών συρμάτων εξαρτάται από το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται. Για να χαρακτηριστεί η ηλεκτρική αντίσταση διαφόρων υλικών, η έννοια του λεγόμενου Αντίσταση.

Αντίσταση ονομάζεται η αντίσταση ενός σύρματος με μήκος 1 m και επιφάνεια διατομής 1 mm2. Η αντίσταση συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα r. Κάθε υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένος ένας αγωγός έχει τη δική του ειδική αντίσταση.

Για παράδειγμα, η αντίσταση του χαλκού είναι 0,017, δηλαδή ένα χάλκινο σύρμα με μήκος 1 m και διατομή 1 mm2 έχει αντίσταση 0,017 ohms. Η αντίσταση του αλουμινίου είναι 0,03, η αντίσταση του σιδήρου είναι 0,12, η ​​αντίσταση της σταθεράς είναι 0,48 και η αντίσταση του νιχρώμου είναι 1-1,1.

Διαβάστε περισσότερα γι 'αυτό εδώ: Τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση;

Η αντίσταση ενός σύρματος είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος του, δηλαδή όσο μεγαλύτερο είναι το σύρμα τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική του αντίσταση.

Η αντίσταση ενός σύρματος είναι αντιστρόφως ανάλογη με το εμβαδόν της διατομής του, δηλαδή όσο πιο παχύ είναι το σύρμα τόσο μικρότερη είναι η αντίστασή του και αντίστροφα όσο πιο λεπτό είναι το σύρμα τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίστασή του.

Για να κατανοήσετε καλύτερα αυτή τη σχέση, φανταστείτε δύο ζεύγη δοχείων επικοινωνίας, το ένα ζευγάρι αγγείων να έχει έναν λεπτό συνδετικό σωλήνα και το άλλο ένα παχύ. Είναι σαφές ότι όταν ένα από τα δοχεία (κάθε ζεύγος) γεμίσει με νερό, η μεταφορά του σε ένα άλλο δοχείο μέσω ενός χοντρού σωλήνα θα γίνει πολύ πιο γρήγορα από ότι μέσω ενός λεπτού, δηλ. ένας χοντρός σωλήνας θα έχει μικρότερη αντίσταση στη ροή του νερού. Ομοίως, είναι ευκολότερο για ένα ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει από ένα χοντρό σύρμα παρά από ένα λεπτό, δηλαδή το πρώτο έχει μικρότερη αντίσταση από το δεύτερο.

Η ηλεκτρική αντίσταση ενός αγωγού είναι ίση με την ειδική αντίσταση του υλικού από το οποίο κατασκευάζεται αυτός ο αγωγός, πολλαπλασιαζόμενη με το μήκος του αγωγού και διαιρούμενη με το εμβαδόν της διατομής του αγωγός:

R = p l / S,

όπου — R — αντίσταση του σύρματος, ohm, l — μήκος στο σύρμα σε m, C — περιοχή διατομής του σύρματος, mm2.

Η περιοχή διατομής ενός στρογγυλού σύρματος υπολογίζεται με τον τύπο:

S = Pi xd2 / 4

όπου το Pi είναι μια σταθερή τιμή ίση με 3,14. d — διάμετρος του σύρματος.

Και έτσι καθορίζεται το μήκος του σύρματος:

l = S R / p,

Αυτός ο τύπος καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του μήκους του σύρματος, της διατομής και της αντίστασής του, εάν είναι γνωστές οι άλλες ποσότητες που περιλαμβάνονται στον τύπο.

Εάν είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η περιοχή διατομής του σύρματος, τότε ο τύπος οδηγεί στην ακόλουθη μορφή:

S = p l / R

Μετασχηματίζοντας τον ίδιο τύπο και λύνοντας την ισότητα ως προς το p, βρίσκουμε την αντίσταση του σύρματος:

R = R S / l

Ο τελευταίος τύπος πρέπει να χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η αντίσταση και οι διαστάσεις του αγωγού είναι γνωστές, αλλά το υλικό του είναι άγνωστο, και επιπλέον είναι δύσκολο να προσδιοριστεί από την εμφάνισή του. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε την αντίσταση του σύρματος και, χρησιμοποιώντας τον πίνακα, να βρείτε ένα υλικό με τέτοια αντίσταση.

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την αντίσταση των καλωδίων είναι η θερμοκρασία.

Έχει διαπιστωθεί ότι με αύξηση της θερμοκρασίας, η αντίσταση των μεταλλικών συρμάτων αυξάνεται και με μείωση, μειώνεται. Αυτή η αύξηση ή μείωση της αντίστασης για τους αγωγούς καθαρού μετάλλου είναι σχεδόν η ίδια και είναι κατά μέσο όρο 0,4% ανά 1 °C... Η αντίσταση των υγρών αγωγών και του άνθρακα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Η ηλεκτρονική θεωρία της δομής της ύλης δίνει την ακόλουθη εξήγηση για την αύξηση της αντίστασης των μεταλλικών αγωγών με την αύξηση της θερμοκρασίας.Όταν θερμαίνεται, ο αγωγός λαμβάνει θερμική ενέργεια, η οποία αναπόφευκτα μεταδίδεται σε όλα τα άτομα της ουσίας, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ένταση της κίνησής τους. Η αυξημένη κίνηση των ατόμων δημιουργεί μεγαλύτερη αντίσταση στην κατευθυνόμενη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων, γι' αυτό και η αντίσταση του αγωγού αυξάνεται. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, δημιουργούνται καλύτερες συνθήκες για την κατευθυντική κίνηση των ηλεκτρονίων και η αντίσταση του αγωγού μειώνεται. Αυτό εξηγεί ένα ενδιαφέρον φαινόμενο - την υπεραγωγιμότητα των μετάλλων.

ΥπεραγωγιμότηταΜείωση της αντίστασης των μετάλλων στο μηδέν συμβαίνει σε μια τεράστια αρνητική θερμοκρασία -273° ° Το λεγόμενο απόλυτο μηδέν. Σε θερμοκρασία απόλυτου μηδέν, τα άτομα μετάλλου φαίνεται να παγώνουν στη θέση τους, εντελώς αδιατάρακτα από την κίνηση των ηλεκτρονίων.