Apakah ohm dalam elektrik. Fizik: Formula Kerintangan dan Hukum Ohm

Atau arus elektrik litar elektrik.

Rintangan elektrik ditakrifkan sebagai faktor perkadaran R antara voltan U dan arus terus saya dalam hukum Ohm untuk keratan rantai.

Unit rintangan dipanggil ohm(Ohm) sebagai penghormatan kepada saintis Jerman G. Ohm, yang memperkenalkan konsep ini ke dalam fizik. Satu ohm (1 ohm) ialah rintangan konduktor sedemikian di mana, pada voltan 1 AT kekuatan semasa ialah 1 TAPI.

Kerintangan.

Rintangan konduktor homogen keratan rentas malar bergantung pada bahan konduktor, panjangnya l dan keratan rentas S dan boleh ditentukan dengan formula:

di mana ρ ialah kerintangan bahan dari mana konduktor dibuat.

Kerintangan jirim- ini ialah kuantiti fizik yang menunjukkan rintangan konduktor yang diperbuat daripada bahan ini dengan panjang unit dan luas keratan rentas unit.

Ia mengikuti daripada formula bahawa

Nilai, timbal balik ρ , dipanggil kekonduksian σ :

Oleh kerana dalam SI unit rintangan ialah 1 ohm. unit luas ialah 1 m 2, dan unit panjang ialah 1 m, maka unit kerintangan dalam SI ialah 1 Ohm · m 2 /m, atau 1 ohm m. Unit kekonduksian dalam SI ialah Ohm -1 m -1.

Dalam amalan, luas keratan rentas wayar nipis sering dinyatakan dalam milimeter persegi (mm2). Dalam kes ini, unit kerintangan yang lebih mudah ialah Ohm mm 2 /m. Sejak 1 mm 2 \u003d 0.000001 m 2, maka 1 Ohm mm 2 / m \u003d 10 -6 Ohm m. Logam mempunyai kerintangan yang sangat rendah - dari urutan (1 10 -2) Ohm mm 2 /m, dielektrik - 10 15 -10 20 besar.

Kebergantungan rintangan pada suhu.

Apabila suhu meningkat, rintangan logam meningkat. Walau bagaimanapun, terdapat aloi yang rintangannya hampir tidak berubah dengan peningkatan suhu (contohnya, constantan, manganin, dll.). Rintangan elektrolit berkurangan dengan peningkatan suhu.

pekali suhu rintangan konduktor ialah nisbah perubahan rintangan konduktor apabila dipanaskan sebanyak 1 ° C kepada nilai rintangannya pada 0 º C:

Kebergantungan kerintangan konduktor pada suhu dinyatakan dengan formula:

Secara umum α bergantung pada suhu, tetapi jika selang suhu kecil, maka pekali suhu boleh dianggap tetap. Untuk logam tulen α \u003d (1/273) K -1. Untuk larutan elektrolit α < 0 . Sebagai contoh, untuk larutan garam 10%. α \u003d -0.02 K -1. Untuk pemalar (aloi tembaga-nikel) α \u003d 10 -5 K -1.

Kebergantungan rintangan konduktor pada suhu digunakan dalam termometer rintangan.

Pelajaran akan membincangkan pergantungan kekuatan semasa dalam litar pada voltan dan akan memperkenalkan konsep seperti rintangan konduktor dan unit ukuran rintangan. Kekonduksian bahan yang berbeza dan sebab kejadian dan pergantungan pada struktur kekisi kristal bahan akan dipertimbangkan.

Topik: Fenomena elektromagnet

Pelajaran: Rintangan elektrik konduktor. Unit rintangan

Sebagai permulaan, kami akan memberitahu anda bagaimana kami mencapai kuantiti fizikal seperti rintangan elektrik. Apabila mengkaji permulaan elektrostatik, telah dibincangkan bahawa bahan yang berbeza mempunyai sifat kekonduksian yang berbeza, iaitu, penghantaran zarah bercas bebas: logam mempunyai kekonduksian yang baik, itulah sebabnya ia dipanggil konduktor, kayu dan plastik sangat miskin, iaitu mengapa ia dipanggil bukan konduktor (dielektrik). Sifat sedemikian dijelaskan oleh keanehan struktur molekul bahan tersebut.

Eksperimen pertama mengenai kajian sifat kekonduksian bahan telah dijalankan oleh beberapa saintis, tetapi eksperimen saintis Jerman Georg Ohm (1789-1854) memasuki sejarah (Rajah 1).

Eksperimen Ohm adalah seperti berikut. Dia menggunakan sumber semasa, peranti yang boleh mendaftar kekuatan semasa, dan pelbagai konduktor. Menyambungkan pelbagai konduktor ke litar elektrik yang dipasang, dia menjadi yakin dengan trend umum: dengan peningkatan voltan dalam litar, arus juga meningkat. Di samping itu, Ohm memerhatikan fenomena yang sangat penting: apabila menyambungkan konduktor yang berbeza, pergantungan peningkatan kekuatan semasa dengan peningkatan voltan menunjukkan dirinya dengan cara yang berbeza. Secara grafik, kebergantungan tersebut boleh digambarkan seperti dalam Rajah 2.

nasi. 2.

Pada graf, voltan diplot di sepanjang paksi absis, dan kekuatan semasa diplot di sepanjang paksi ordinat. Terdapat dua graf dalam sistem koordinat, yang menunjukkan bahawa dalam litar yang berbeza, arus boleh meningkat pada kadar yang berbeza apabila voltan meningkat.

Hasil daripada eksperimen, Georg Ohm menyimpulkan bahawa konduktor yang berbeza mempunyai sifat pengaliran yang berbeza. Disebabkan ini, konsep seperti rintangan elektrik telah diperkenalkan.

Definisi. Kuantiti fizik yang mencirikan sifat konduktor untuk mempengaruhi arus elektrik yang mengalir melaluinya dipanggil rintangan elektrik.

Jawatan:R.

unit ukuran: Ohm.

Hasil daripada eksperimen di atas, didapati bahawa hubungan antara voltan dan kekuatan arus dalam litar bergantung bukan sahaja pada bahan konduktor, tetapi juga pada saiznya, yang akan dibincangkan dalam pelajaran yang berasingan.

Mari kita bincangkan dengan lebih terperinci tentang kemunculan konsep seperti rintangan elektrik. Sehingga kini, sifatnya dijelaskan dengan cukup baik. Dalam proses pergerakan elektron bebas, mereka sentiasa berinteraksi dengan ion yang merupakan sebahagian daripada struktur kekisi kristal. Oleh itu, nyahpecutan pergerakan elektron dalam bahan akibat perlanggaran dengan nod kekisi kristal (atom) menyebabkan manifestasi rintangan elektrik.

Sebagai tambahan kepada rintangan elektrik, satu lagi kuantiti yang berkaitan dengannya diperkenalkan - kekonduksian elektrik, yang saling bertentangan dengan rintangan.

Mari kita terangkan kebergantungan antara kuantiti yang kami perkenalkan dalam beberapa pelajaran lepas. Kita sudah tahu bahawa apabila voltan meningkat, arus dalam litar juga meningkat, iaitu ia adalah berkadar:

Sebaliknya, dengan peningkatan rintangan konduktor, penurunan kekuatan semasa diperhatikan, iaitu berkadar songsang:

Eksperimen telah menunjukkan bahawa kedua-dua hubungan ini membawa kepada formula berikut:

Oleh itu, daripada ini boleh mendapatkan bagaimana 1 Ohm dinyatakan:

Definisi. 1 ohm - rintangan sedemikian di mana voltan pada hujung konduktor ialah 1 V, dan kekuatan semasa padanya ialah 1 A.

Rintangan 1 ohm adalah sangat kecil, oleh itu, sebagai peraturan, konduktor dengan rintangan yang lebih tinggi iaitu 1 kOhm, 1 MΩ, dsb. digunakan dalam amalan.

Kesimpulannya, kita boleh membuat kesimpulan bahawa kekuatan arus, voltan dan rintangan adalah kuantiti yang saling berkaitan yang mempengaruhi satu sama lain. Kami akan membincangkan perkara ini secara terperinci dalam pelajaran seterusnya.

Bibliografi

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizik 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A. V. Fizik 8. - M .: Bustard, 2010.
Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fizik 8. - M .: Pendidikan.

Tambahan ppautan yang disyorkan kepada sumber Internet

Sekolah untuk juruelektrik ().
Kejuruteraan Elektrik ().

Kerja rumah

Halaman 99: soalan No. 1-4, latihan No. 18. Peryshkin A.V. Physics 8. - M .: Bustard, 2010.
Jika voltan merentasi perintang ialah 8 V, arus ialah 0.2 A. Pada voltan berapakah arus dalam perintang akan menjadi 0.3 A?
Sebuah mentol elektrik disambungkan kepada rangkaian 220 V. Berapakah rintangan mentol itu jika, dengan kunci ditutup, ammeter yang disambungkan ke litar menunjukkan 0.25 A?
Sediakan laporan tentang biografi kehidupan dan penemuan saintifik saintis yang memulakan kajian undang-undang arus terus.

Mari buat eksperimen mudah. Menggunakan dua wayar pendek, kami menyambungkan mentol lampu dari lampu kereta ke bateri kereta. Lampu menyala dan agak terang. Dan sekarang kita akan menyambungkan lampu yang sama dengan penyambung yang lebih panjang. Cahaya jelas menjadi lebih lemah. Apa masalahnya? dalam rintangan wayar.

Apakah rintangan elektrik

Terdapat rumusan yang berbeza mengenai huraian fenomena ini. Mari gunakan salah satu daripadanya:

"Rintangan elektrik ialah kuantiti fizikal yang mencirikan sifat konduktor untuk menahan aliran arus elektrik."

Dalam eksperimen kami, wayar yang membekalkan voltan daripada bateri ke mentol lampu memberikan rintangan elektrik kepada arus yang mengalir melalui litar tertutup. Dari sumber voltan - bateri, melalui wayar - konduktor, ke beban - lampu.

Intipati fizikal fenomena

Apabila beban disambungkan kepada sumber voltan oleh penyambung, litar tertutup timbul di mana medan elektrik muncul, menyebabkan pergerakan terarah elektron logam wayar dari kutub negatif bateri ke positif. Elektron membawa elektrik dari sumber ke beban, dan menyebabkan gegelung lampu bersinar. Dalam perjalanan mereka, elektron memukul ion-ion kekisi kristal konduktor, kehilangan sebahagian daripada tenaga yang pergi untuk memanaskan bahan penyambung.

Takrifan lain: "Punca kemunculan rintangan elektrik adalah hasil daripada interaksi aliran elektron dengan molekul (ion) yang membentuk konduktor."

Nota PENTING! Walaupun elektron bergerak dari tolak sumber voltan ke tambah, arah arus elektrik secara sejarah dianggap sebaliknya - dari tambah kepada tolak.

Arus boleh mengalir bukan sahaja dalam bahan pepejal, logam, tetapi juga dalam bahan cecair, larutan garam, asid, alkali. Di sana, pembawa tenaga utama ialah ion-ion bercas positif dan negatif. Contohnya, dalam bateri kereta, arus mengalir melalui larutan akueus asid sulfurik.

Pengukuran rintangan konduktor

Unit rintangan elektrik dalam sistem SI ialah 1 ohm. Jika anda menggunakan hukum Ohm untuk bahagian litar elektrik:

I=U/R,

I ialah arus yang mengalir dalam litar;
U - voltan;
R ialah rintangan elektrik.

mengubah formula R = U / I, kita boleh mengatakan bahawa 1 ohm adalah sama dengan nisbah voltan 1 volt kepada arus 1 ampere.

R dalam formula ini adalah nilai tetap dan tidak bergantung pada nilai voltan dan arus.

Untuk nilai yang lebih besar, unit digunakan:

1 kOhm = 1000 Ohm;
1 MΩ = 1,000,000 ohm;
1 GΩ = 1,000,000,000 ohm.

Apakah yang menentukan rintangan elektrik konduktor

Pertama sekali, ia bergantung pada bahan dari mana penyambung dibuat. Logam yang berbeza menghalang laluan arus elektrik dengan cara yang berbeza. Adalah diketahui bahawa perak, tembaga, aluminium mengalirkan arus elektrik dengan baik, dan keluli adalah lebih teruk.

Terdapat konsep kerintangan elektrik bahan, yang ditetapkan oleh huruf Yunani p (rho). Ciri ini hanya bergantung pada sifat dalaman bahan dari mana konduktor dibuat. Tetapi jumlah rintangannya juga bergantung pada panjang dan luas keratan rentas. Berikut ialah formula yang mengaitkan semua kuantiti ini:

R = p * L / S,

p ialah kerintangan bahan;
L ialah panjang;
S ialah luas keratan rentas.

Luas keratan rentas S dalam kejuruteraan elektrik praktikal biasanya dipertimbangkan dalam mm persegi, Kemudian dimensi p dinyatakan sebagai Ohm * persegi mm / meter.

Kesimpulan: untuk mengurangkan rintangan elektrik, dan oleh itu kerugian dalam litar elektrik, bahan mesti mempunyai kerintangan minimum, dan konduktor itu sendiri mestilah sesingkat mungkin dan mempunyai keratan rentas yang cukup besar.

Penunjuk untuk bahan pepejal

bahan		bahan	*Kerintangan elektrik (Ohmsq.mm/m)**
Perak	0,016	Nikel (aloi)	0,4
Tembaga	0,017	Mangan (aloi)	0,43
emas	0,024	Constantan (aloi)	0,5
aluminium	0,028	Merkuri	0,98
Tungsten	0,055	Nichrome (aloi)	1,1
Keluli	0,1	Fechral(aloi)	1,3
memimpin	0,21	grafit	13

Jadual menunjukkan bahawa untuk pembuatan penyambung, di mana jumlah minimum elektrik akan hilang, perak, tembaga dan aluminium paling sesuai, tetapi pemanas termoelektrik (pemanas) akan dibuat daripada fechral dan nichrome.

Perlu diingatkan bahawa semua nilai ini sah untuk suhu 20 0 C. Dengan peningkatan suhu, kerintangan elektrik logam meningkat, dan berkurangan dengan penurunan, pengecualian adalah Constantan, ciri khususnya berubah sedikit.

Dengan penurunan suhu yang kuat, hampir kepada sifar mutlak, rintangan logam boleh menjadi sifar, fenomena superkonduktiviti berlaku. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa ion kekisi kristal "membeku", berhenti bergetar, dan tidak mengganggu elektron dalam pergerakannya.

Penunjuk untuk konduktor cecair

Rintangan elektrik khusus larutan garam, asid dan alkali bergantung bukan sahaja pada komposisi kimianya, tetapi juga pada kepekatan larutan. Kebergantungan suhu adalah songsang dengan logam. Apabila dipanaskan, kerintangan berkurangan, apabila disejukkan, ia meningkat. Bendalir boleh membeku pada suhu rendah dan berhenti mengalir.

Contoh yang baik ialah tingkah laku bateri kereta dalam keadaan beku yang teruk. Elektrolit - larutan asid sulfurik, pada suhu sub-sifar yang ketara (-20, -30С 0) meningkatkan rintangan elektrik dalaman bateri, dan pengembalian penuh arus ke pemula menjadi mustahil.

kekonduksian elektrik

Dalam sesetengah kes, adalah lebih mudah untuk menggunakan konsep kekonduksian arus elektrik. Ciri ini diukur dalam Siemens (cm):

G - kekonduksian;
R - rintangan,
dan 1 cm \u003d 1 / ohm.

Kajian kes

Setelah menerima beberapa maklumat tentang rintangan elektrik, adalah wajar membuat pengiraan mudah dan mengetahui bagaimana ciri-ciri penyambung mempengaruhi parameter litar elektrik.

Mari kembali ke litar elektrik paling mudah, yang terdiri daripada bateri, mentol lampu dan wayar:

Voltan bateri 12.5 V.
Lampu mempunyai kuasa 21 watt.
Penyambung tembaga, panjang 1 meter x 2 pcs., bahagian 1.5 persegi. mm.

Mari cari rintangan elektrik wayar: R \u003d p * L / S. Kami menggantikan data kami: R \u003d 0.017 * 2 / 1.5 \u003d 0.023 Ohm.

Cari rintangan lampu. Kuasa elektriknya ialah 21 W, apabila disambungkan kepada sumber kuasa 12.5 V, arus dalam litar akan menjadi:

I=P/U

I ialah arus yang dikehendaki;
P ialah kuasa lampu;
U ialah voltan punca.

Kami menggantikan nombor: I \u003d 21 / 12.5 \u003d 1.68 A.

Rintangan lampu didapati mengikut hukum Ohm bagi bahagian litar. Jika I = U/R, maka R = U/I. Atau: R = 12.5 / 1.68 = 7.44 ohm.

Dalam pengiraan, kami mengabaikan rintangan wayar, ia lebih daripada 300 kali kurang daripada rintangan elektrik beban.

Cari kehilangan kuasa pada wayar dan bandingkan dengan kuasa berguna beban. Kami tahu arus dalam litar, kami tahu parameter penyambung, kami dapati kuasa hilang pada wayar:

P \u003d U * I,

kami menggantikan voltan dalam formula mengikut undang-undang Ohm: U \u003d I * R, kami menggantikan dalam formula kuasa:

P \u003d I * R * I \u003d I 2 * R.

Selepas menggantikan nombor: P \u003d 1.68 2 * 0.023 \u003d 0.065 W.

Hasilnya sangat baik, penyambung hanya mengambil 0.3% kuasa daripada beban.

Tetapi jika anda menyambungkan lampu melalui wayar panjang (20 meter), dan juga nipis, dengan keratan rentas 0.75 mm persegi, maka gambar akan berubah. Tanpa mengulangi keseluruhan pengiraan di sini, boleh diperhatikan bahawa dengan penyambung sedemikian, kuasa berkesan lampu akan berkurangan hampir 11%, dan kehilangan tenaga pada konduktor akan menjadi 6%.

Ingat peraturan - untuk mengurangkan kerugian dalam rangkaian elektrik, adalah perlu untuk mengurangkan rintangan elektrik wayar, menggunakan tembaga atau aluminium, jika boleh, mengurangkan panjang dan meningkatkan keratan rentas konduktor.

Apakah rintangan: video

Setelah memasang litar elektrik yang terdiri daripada sumber arus, perintang, ammeter, voltmeter, kunci, ia boleh ditunjukkan bahawa kekuatan semasa (saya ) yang mengalir melalui perintang adalah berkadar terus dengan voltan ( U ) di hujungnya: saya - U . Nisbah voltan kepada arus U/I - ada nilai tetap.

Oleh itu, terdapat kuantiti fizik yang mencirikan sifat konduktor (perintang) di mana arus elektrik mengalir. Nilai ini dipanggil rintangan elektrik konduktor, atau hanya rintangan. Rintangan dilambangkan dengan huruf R .

(R) ialah kuantiti fizik yang sama dengan nisbah voltan ( U ) pada hujung konduktor kepada kekuatan semasa ( saya ) dalam dirinya. R = U/I . Unit rintangan - Ohm (1 ohm).

satu ohm- rintangan konduktor sedemikian, di mana kekuatan semasa ialah 1A pada voltan pada hujungnya 1V: 1 ohm = 1 V / 1 A.

Sebab konduktor mempunyai rintangan ialah pergerakan arah cas elektrik di dalamnya ion kekisi kristal melakukan gerakan rawak. Sehubungan itu, kelajuan pergerakan cas yang diarahkan berkurangan.

Rintangan elektrik tertentu

R ) adalah berkadar terus dengan panjang konduktor ( l ), berkadar songsang dengan luas keratan rentasnya ( S ) dan bergantung kepada bahan konduktor. Pergantungan ini dinyatakan dengan formula: R = p*l/S

R ialah nilai yang mencirikan bahan dari mana konduktor dibuat. Ia dikenali sebagai kerintangan konduktor, nilainya adalah sama dengan rintangan konduktor dengan panjang 1m dan luas keratan rentas 1 m 2.

Unit kerintangan konduktor ialah: [p] \u003d 1 0m 1 m 2 / 1 m. Luas keratan rentas selalunya diukur dalam mm 2, oleh itu, dalam buku rujukan, nilai kerintangan konduktor diberikan seperti dalam Ohm m jadi masuk Ohm mm 2 / m.

Dengan menukar panjang konduktor, dan oleh itu rintangannya, adalah mungkin untuk mengawal kekuatan semasa dalam litar. Peranti yang boleh digunakan untuk melakukan ini dipanggil reostat.

Dalam fizik, rintangan elektrik ialah kuantiti fizik yang mencirikan keupayaan konduktor untuk menghalang pengaliran arus elektrik.

Apakah rintangan elektrik

Setiap badan, setiap bahan mempunyai rintangan elektrik. Jika anda menggunakan voltan yang sama pada badan yang berbeza, arus akan mengalir melaluinya secara berbeza, kerana. mereka mempunyai rintangan yang berbeza. Terdapat bahan di mana arus tidak akan mengalir sama sekali. Bahan sedemikian dipanggil dielektrik, dan bahan yang menghantar arus elektrik dipanggil konduktor.

Seperti yang anda ketahui, arus ialah pergerakan elektron yang diarahkan. Elektron dari kutub negatif sumber voltan memasuki konduktor, di mana mereka mengetuk elektron lain dari molekul konduktor, mengambil tempat mereka. Elektron, seolah-olah, menghantar baton dari molekul ke molekul.

Di samping itu, konduktor juga mempunyai elektron bebasnya sendiri yang tidak dikaitkan dengan mana-mana atom tertentu. Semua zarah ini bergerak di sepanjang konduktor. Oleh kerana elektron bebas terdapat di seluruh isipadu konduktor, apabila voltan dikenakan, elektron serta-merta mencapai kutub positif.

Molekul bahan yang berbeza memegang elektronnya dengan kekuatan yang berbeza. Sebagai contoh, lebih mudah untuk mengetuk zarah dari emas daripada dari tembaga, dan terdapat lebih banyak elektron bebas di dalamnya, yang bermaksud bahawa rintangan emas adalah kurang. Molekul dielektrik melepaskan elektronnya dengan sangat berat hati, jadi arus tidak mengalir melaluinya.

Bagaimana untuk menentukan nilai rintangan

Keupayaan konduktor untuk menahan laluan arus dipanggil rintangan dan dilambangkan dengan huruf R. Rintangan berkait rapat dengan arus dan voltan. Jika voltan U digunakan pada hujung konduktor dengan rintangan R, arus I akan mengalir melaluinya. R \u003d U / I. Ini dipanggil hukum Ohm.

Di Omaha. 1 ohm ialah rintangan di mana arus 1 ampere mengalir pada voltan 1 volt.

Mana-mana konduktor dicirikan oleh kerintangan ρ. Bagi setiap konduktor, nilai ini tidak berubah, ia ditunjukkan dalam buku rujukan. Kerintangan - ini adalah rintangan yang dimiliki oleh konduktor dengan panjang l \u003d 1 m dan luas keratan rentas S \u003d 1 sq.m. Oleh itu, rintangan R=ρl/S. Semakin panjang konduktor, semakin besar rintangan, dan apabila luas keratan rentas meningkat, rintangan berkurangan.

Perlu diingat bahawa apabila konduktor dipanaskan, rintangan meningkat, dan apabila disejukkan, sebaliknya, ia berkurangan. Pada sifar mutlak (-273°C), rintangan hampir kepada sifar. Fenomena ini dipanggil superkonduktiviti. Rintangan khusus, yang ditunjukkan dalam buku rujukan, diukur dalam keadaan biasa, i.e. pada suhu bilik.

Rintangan dalaman dan luaran

Rintangan dimiliki bukan sahaja oleh konduktor dan elemen litar elektrik, tetapi juga oleh sumber voltan. Rintangan sumber r dipanggil dalaman, dan rintangan beban R dipanggil luaran. Arus I melalui beban dari sumber mengalir dari tolak ke tambah, dan di dalam sumber dari tambah ke tolak, i.e. arus beban adalah sama dengan arus di dalam sumber.

Sekiranya terdapat voltan E di kutub sumber, maka ia boleh ditentukan dengan formula E \u003d IR + Ir. Dari sini, kedua-dua rintangan dalaman dan luaran boleh dikira.