Електрично съпротивление: Какво е то?

Electrical4u

Поле: Основни електротехника

China

Какво е електрическо съпротивление?

Съпротивлението (известно също като омично съпротивление или електрическо съпротивление) е мярка за противодействието на ток в електрическата верига. Съпротивлението се измерва в оми, символизирани от гръцката буква омега (Ω).

Колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-голяма е пречката за потока на тока.

Когато потенциалната разлика се приложи към проводник, токът започва да протича, или свободните електрони започват да се движат. Докато се движат, свободните електрони се сблъскват с атомите и молекулите на проводника.

В резултат на сблъсъка или пречката, скоростта на потока на електроните или електрическия ток е ограничена. Ето защо можем да кажем, че има някакво противодействие на потока на електроните или тока. Това противодействие, предлагано от веществото към потока на електрическия ток, се нарича съпротивление.

Съпротивлението на проводещ материал се оказва—

правопропорционално на дължината на материала
обратнопропорционално на поперечното сечение на материала
зависи от природата на материала
Зависи от температурата

Математически, съпротивлението на проводещ материал може да се изрази като,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Където R = съпротивление на проводника

$l$ = дължина на проводника

a = поперечната площ на проводника

$\rho$ = константа на пропорционалност на материала, известна като специфично съпротивление или резистивност на материала

Определение на 1 Ом съпротивление

Ако е приложено напрежение от 1 волт между два контакта на проводник и ако през него протича ток от 1 ампер, съпротивлението на този проводник се счита за 1 ом.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \end{align*}$

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Какво е измервано в единици на електрическото съпротивление?

Електрическото съпротивление се измерва в (SI единица за резистор) ом, и Ω го представя. Единицата ом (Ω) е наречена в чест на великогерманския физик и математик Георг Симон Ом.

В SI системата, един ом е равен на 1 волт на ампер. Следователно,

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Следователно, съпротивлението се измерва също в волтове на ампер.

Резисторите се произвеждат и специфицират в широк диапазон от стойности. Единицата ом обикновено се използва за умерени стойности на съпротивление, но огромни и малки стойности на съпротивление могат да бъдат изразени в милиом, килоом, мегаом и т.н.

Следователно, производните единици на резисторите са направени според техните стойности, както е показано в таблицата по-долу.

Unit Name	Abbreviation	Values in Ohm $(\Omega)$
Milli Ohm	$m\,\,\Omega$	$10^-^3\,\,\Omega$
Micro Ohm	$\micro\,\,\Omega$	$10^-^6\,\,\Omega$
Nano Ohm	$n\,\,\Omega$	$10^-^9\,\,\Omega$
Kilo Ohm	$K\,\,\Omega$	$10^3\,\,\Omega$
Mega Ohm	$M\,\,\Omega$	$10^6\,\,\Omega$
Giga Ohm	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Производна единица за съпротивления

Символ на електричната съпротивност

Има два основни схемни символа, използвани за електричната съпротивност.

Най-разпространеният символ за съпротивление е зигзагова линия, широко използвана в Северна Америка. Другият схемен символ за съпротивление е малък правоъгълник, широко използван в Европа и Азия, наречен международен символ за съпротивление.

Схемният символ за съпротивления е показан на изображението по-долу.

企业微信截图_17099630627029.png 企业微信截图_17099630544755.png

Формула за електрична съпротивност

Основната формула за съпротивността е:

Връзката между съпротивност, напрежение и ток (Закон на Ом)
Връзката между съпротивност, мощност и напрежение
Връзката между съпротивност, мощност и ток

Тези връзки са обобщени на изображението по-долу.

Формула за съпротивност 1 (Закон на Ом)

Според закона на Ом

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Така съпротивлението е отношението на напрежението и тока.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\,\Omega \end{align*}$

Формула за съпротивление 2 (мощност и напрежение)

Преместваната мощност е произведението от напрежението и тока.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Сега, като заместим $I = \frac{V}{R}$ в горното уравнение, получаваме,

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \end{align*}$

Таким образом, събираме, че съпротивлението е отношението на квадрата на напрежението и мощността. Математически,

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\,\Omega \end{align*}$

Формула за съпротивление 3 (мощност и ток)

Знаем, че $P = V * I$

Поставете $V = I *R$ в горното уравнение получаваме,

$\begin{align*} P = I^2 * R \end{align*}$

Таким образом, съпротивлението е отношението на мощността към квадрата на тока. Математически,

$\begin{align*} R = \frac{P}{I^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Разлика между AC и DC съпротивление

Има разлика между AC съпротивление и DC съпротивление. Нека обсъдим това кратко.

AC Съпротивление

Общото съпротивление (включващо съпротивление, индуктивна реактивна съпротивителност и капацитивна реактивна съпротивителност) в AC вериги се нарича импеданс. Поради това AC съпротивление се нарича също импеданс.

Съпротивление = Импеданс, т.е.,

$\begin{align*} R = Z \end{align*}$

Следващата формула дава стойността на AC съпротивление или импеданс в AC вериги,

$\begin{align*} R_A_C = \sqrt{R^2 + (X_L-X_C)^2} \,\, \Omega \end{align*}$

DC съпротивление

Магнитудата на DC е постоянна, т.е. няма честота в DC вериги; следователно емпидансите на кондензатора и индуктивността в DC вериги са нула.

Поради това, когато се подлага на DC напрежение, в играта влиза само стойността на съпротивлението на проводника или жицата.

Така, според законите на Ом, можем да изчислим стойността на DC съпротивление.

$\begin{align*} R_D_C = \frac{V}{I} \,\, \Omega \end{align*}$

Кое е по-голямо - AC съпротивление или DC съпротивление?

В DC цепи няма skin effect, тъй като честотата в DC захранване е нула. Следователно, AC съпротивлението е по-голямо в сравнение с DC съпротивлението поради skin effects.

$\begin{align*} R_A_C = R_D_C \end{align*}$

Обикновено, стойността на AC съпротивлението е 1.6 пъти по-голяма от стойността на DC съпротивлението.

$\begin{align*} R_A_C = 1.6 * R_D_C \end{align*}$

Електрическо съпротивление, затопляне и температура

Електрическо съпротивление и затопляне

Когато електрическият ток (т.е. потокът на свободни електрони) преминава през проводник, има известно „триене“ между движещите се електрони и молекулите на проводника. Това триене се нарича електрическо съпротивление.

Следователно, електрическата енергия, подадена към проводника, се преобразува в топлина поради триене или електрическо съпротивление. Това се нарича затоплящ ефект на електрическия ток, произвеждан от електрическото съпротивление.

Например, ако ток I ампера протича през проводник със съпротивление R ома в продължение на t секунди, електрическата енергия, която се предоставя, е I2Rt джаули. Тази енергия се преобразува в форма на топлина.

Така,

$\begin{align*} Heat \,\, produced \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joules \end{align*}$

$\begin{align*} = \frac{I^2 * R * t}{4.186} \,\, calories \end{align*}$

Този нагревателен ефект се използва за производство на много електрически нагревателни прибори като електричен нагревател, електричен тостер, електричен чайник, електричен гладилник, паячна жица и т.н. Основният принцип на тези прибори е един и същ, т.е. когато електрическият ток протича през високо съпротивление (наречено нагревателен елемент), той произвежда необходимата топлина.

Едно от най-често използваните сплави от никел и хром, наречена никрохром, има съпротивление над 50 пъти по-голямо от медта.

Влияние на температурата върху електрическото съпротивление

Съпротивлението на всички материали се влияе от промяната в температурата. Ефектът от промяната в температурата е различен в зависимост от материала.

Метали

Електричното съпротивление на чисти метали (например месинг, алуминий, сребро и т.н.) увеличава се при повишаване на температурата. Това увеличение на съпротивлението е значително в нормалния диапазон на температури. Следователно, металите имат положителен температурен коефициент на съпротивлението.

Легири

Електричното съпротивление на легири (например нихром, манганин и т.н.) също увеличава се при повишаване на температурата. Това увеличение на съпротивлението е неравномерно и относително малко. Следователно, легири имат ниска стойност на положителния температурен коефициент на съпротивлението.

Полупроводници, изолатори и електролити

Електричното съпротивление на полупроводници, изолатори и електролити намалява при повишаване на температурата. При повишаване на температурата се създават много свободни електрони. Така, стойността на електричното съпротивление пада. Следователно, такива материали имат отрицателен температурен коефициент на съпротивлението.

Често задавани въпроси за съпротивлението

Електричното съпротивление на човешкото тяло

Съпротивлението на кожата на човешкото тяло е високо, но вътрешното съпротивление на тялото е ниско. Когато човешкото тяло е сухо, средната му ефективна съпротивителност е висока, а когато е мокро, съпротивлението намалява значително.

При сухи условия, ефективното съпротивление, предлагано от човешкото тяло, е 100,000 ома, а при мокри условия или разбито лице, съпротивлението се намалява до 1000 ома.

Ако високо напрегнато електрическо енергия попадне в човешката кожа, то бързо разбива кожата, и съпротивлението, предлагано от тялото, се намалява до 500 ома.

Електрическо съпротивление на въздуха

Знаем, че електрическата съпротивление на всеки материал зависи от специфичната му съпротивителност. Специфичната съпротивителност на въздуха е около $10^6$ до $10^1^5$ $\Omega-m$ при 200 C.

Електрическата съпротивителност на въздуха е мярка за способността на въздуха да се противопоставя на електрически ток. Съпротивлението на въздуха е резултат от сблъсъците между водещата повърхност на обекта и молекули на въздуха. Двете основни фактора, които влияят върху количеството съпротивление на въздуха, са скоростта на обекта и пърпендикулярната площ на обекта.

Пробивната напрегнатост или диелектрична съпротивителност на въздуха е 21.1 кВ/см (СКМ) или 30 кВ/см (връхна), което означава, че въздухът предоставя електрическо съпротивление до 21.1 кВ/см (СКМ) или 30 кВ/см (връхна). Ако електростатичното напрежение във въздуха надхвърли 21.1 кВ/см (СКМ), ще се случи пробив на въздуха; следователно, можем да кажем, че съпротивлението на въздуха става нула.

Електрическо съпротивление на вода

Специфичната съпротивителност или съпротивителността на водата е мярка за способността на водата да се противопоставя на електрически ток, която зависи от концентрацията на разтворените соли във водата.

Чистата вода има по-висока стойност на специфична съпротивителност, тъй като не съдържа иони. Когато солите се разтварят в чистата вода, се образуват свободни иони. Тези иони могат да провеждат електрически ток, следователно съпротивлението намалява.

Водата с висока концентрация на разтворени соли ще има ниска специфична съпротивителност и обратно. Таблицата по-долу показва стойностите на съпротивителността за различни видове вода.

Видове вода	Съпротивление в Ом-м $(\Omega-m)$
Чиста вода	20,000,000
Морска вода	20-25
Дестилацияна вода	500,000
Дъждова вода	20,000
Рекична вода	200
Питейна вода	2 до 200
Деионизирана вода	180,000

Електрическо съпротивление на медта

Медта е добър проводник, затова има ниска стойност на съпротивлението. Естественото съпротивление, което предлага медта, е известно като специфично съпротивление или резистивност на медта.

Стойността на специficното съпротивление или резистивността на медта е $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Как се нарича феноменът, когато електрическото съпротивление е нула?

Когато електрическото съпротивление е нула, този феномен се нарича свръхпроводимост.

Според законa на Ом,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \end{align*}$

Ако електрическото съпротивление, т.е. R = 0, то

$\begin{align*} I = \frac{V}{0} = \infty \end{align*}$

Поради това, ако съпротивлението на проводника е нула, тече безкрайна ток, този феномен е известен като свръхпроводимост.

Можем също да кажем, че ако електрическото съпротивление е нула, то има безкрайна проводимост.

$\begin{align*} G = \frac{1}{R} = \frac{1}{0} = \infty \end{align*}$

Как влияе специфичната съпротивителност върху съпротивлението?

Както знаем, съпротивлението на проводещ материал може да бъде изразено като,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Където R = съпротивлението на проводника

$l$ = дължина на проводника

a = площ на пресечното сечение на проводника

$\rho$ = константа на пропорционалност на материала, известна като специфично съпротивление или удължително съпротивление на материала

Сега, ако $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ тогава

$\begin{align*} R = \rho \end{align*}$

Така, специfic resistance or resistivity of a material is the resistance offered by the unit length and unit cross-sectional area of the material.

Знаем, че всеки проводящ материал има различна стойност на специфичното съпротивление или удължително съпротивление; така, стойността на съпротивлението зависи от дължината и площта на използвания проводещ материал.

Източник: Electrical4u

Изявление: Почитайте оригинала, добри статии са стойни за споделяне, ако има нарушение на правата в свойството се свържете за изтриване.