Электрическое сопротивление: что это?

Electrical4u

Поле: Основы электротехники

China

Что такое электрическое сопротивление?

Сопротивление (также известное как омическое сопротивление или электрическое сопротивление) — это мера противодействия току в электрической цепи. Сопротивление измеряется в омах, символизируется греческой буквой ом (Ω).

Чем больше сопротивление, тем больше препятствий для тока.

Когда разность потенциалов прикладывается к проводнику, начинает течь ток, или свободные электроны начинают двигаться. При движении свободные электроны сталкиваются с атомами и молекулами проводника.

Из-за столкновений или препятствий скорость движения электронов или электрического тока ограничивается. Таким образом, можно сказать, что существует некоторое противодействие движению электронов или тока. Это противодействие, которое оказывает вещество току, называется сопротивлением.

Сопротивление проводящего материала прямо пропорционально—

длине материала
обратно пропорционально площади поперечного сечения материала
зависит от природы материала
зависит от температуры

Математически, сопротивление проводящего материала можно выразить как,

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

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

Где R — сопротивление проводника

$l$ — длина проводника

a — площадь поперечного сечения проводника

$\rho$ — постоянная пропорциональности материала, известная как удельное сопротивление или резистивность материала

Определение сопротивления 1 Ом

Если напряжение 1 вольт приложено к двум выводам проводника и через него течет ток 1 ампер, то сопротивление этого проводника считается равным одному ому.

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

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

В чем измеряется электрическое сопротивление (единицы)?

Электрическое сопротивление измеряется в (СИ единицах для резистора) омах, и Ω обозначает его. Единица ом (Ω) названа в честь великого немецкого физика и математика Георга Симона Ома.

В системе СИ, один ом равен одному вольту на ампер. Таким образом,

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

Таким образом, сопротивление также измеряется в вольтах на ампер.

Резисторы изготавливаются и задаются в широком диапазоне значений. Единица ом обычно используется для умеренных значений сопротивления, но большие и малые значения сопротивления могут выражаться в миллиомах, килоомах, мегаомах и т.д.

Следовательно, производные единицы резисторов создаются в соответствии с их значениями, как показано в таблице ниже.

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	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Производная единица сопротивления

Символ электрического сопротивления

Существует два основных символа схемы, используемых для обозначения электрического сопротивления.

Наиболее распространенный символ резистора — это зигзагообразная линия, широко используемая в Северной Америке. Другой символ резистора — маленький прямоугольник, широко используемый в Европе и Азии, называется международным символом резистора.

Символы резисторов показаны на изображении ниже.

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

Формула электрического сопротивления

Базовая формула сопротивления следующая:

Связь между сопротивлением, напряжением и током (Закон Ома)
Связь между сопротивлением, мощностью и напряжением
Связь между сопротивлением, мощностью и током

Эти связи представлены на изображении ниже.

Формула сопротивления 1 (Закон Ома)

Согласно закону Ома

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

Таким образом, сопротивление является отношением напряжения питания к току.

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

Формула сопротивления 2 (мощность и напряжение)

Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока.

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

Теперь, подставляя $I = \frac{V}{R}$ в приведенное выше уравнение, мы получаем,

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

Таким образом, мы получаем, что сопротивление является отношением квадрата напряжения питания к мощности. Математически,

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

Формула сопротивления 3 (мощность и ток)

Мы знаем, что $P = V * I$

Подставляя $V = I *R$ в вышеупомянутое уравнение, получаем:

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

Таким образом, сопротивление является отношением мощности к квадрату тока. Математически,

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

Разница между сопротивлением переменного и постоянного тока

Существует разница между сопротивлением переменного и постоянного тока. Давайте обсудим это кратко.

Сопротивление переменного тока

Общее сопротивление (включая сопротивление, индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление) в цепях переменного тока называется импедансом. Поэтому сопротивление переменного тока также называют импедансом.

Сопротивление = Импеданс, то есть,

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

Следующая формула дает значение сопротивления переменного тока или импеданса цепей переменного тока,

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

Сопротивление постоянного тока

Амплитуда постоянного тока постоянна, то есть в цепях постоянного тока нет частоты; следовательно, емкостное и индуктивное реактивное сопротивление в цепях постоянного тока равно нулю.

Таким образом, при подаче постоянного тока учитывается только сопротивление проводника или провода.

Следовательно, по закону Ома можно рассчитать значение сопротивления постоянного тока.

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

Какое больше: сопротивление переменного тока или сопротивление постоянного тока?

В цепях постоянного тока нет эффекта кожи, так как частота в источнике постоянного тока равна нулю. Поэтому сопротивление переменному току больше сопротивления постоянному току из-за эффекта кожи.

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

Обычно значение сопротивления переменному току составляет 1,6 раза от значения сопротивления постоянному току.

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

Электрическое сопротивление, нагрев и температура

Электрическое сопротивление и нагревание

Когда электрический ток (то есть поток свободных электронов) проходит через проводник, возникает некоторое «трение» между движущимися электронами и молекулами проводника. Это трение называется электрическим сопротивлением.

Таким образом, электрическая энергия, подаваемая на проводник, преобразуется в тепло из-за трения или электрического сопротивления. Это известно как тепловой эффект, вызванный электрическим сопротивлением.

Например, если ток I ампер проходит через проводник с сопротивлением R ом в течение t секунд, то подаваемая электрическая энергия составляет I2Rt джоулей. Эта энергия преобразуется в виде тепла.

Таким образом,

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

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

Этот нагревательный эффект используется для производства многих электрических нагревательных приборов, таких как электрический нагреватель, электрический тостер, электрический чайник, утюг, паяльник и т.д. Основной принцип работы этих приборов одинаков, то есть когда электрический ток проходит через высокое сопротивление (называемое нагревательным элементом), он таким образом производит необходимое тепло.

Один из наиболее часто используемых сплавов никеля и хрома, называемый нихром, имеет сопротивление более чем в 50 раз превышающее сопротивление меди.

Влияние температуры на электрическое сопротивление

Сопротивление всех материалов зависит от изменения температуры. Влияние изменения температуры различается в зависимости от материала.

Металлы

Электрическое сопротивление чистых металлов (например, меди, алюминия, серебра и т.д.) увеличивается с повышением температуры. Это увеличение сопротивления значительно в обычном диапазоне температур. Таким образом, металлы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления.

Сплавы

Электрическое сопротивление сплавов (например, нихрома, манганина и т.д.) также увеличивается при повышении температуры. Это увеличение сопротивления нерегулярно и относительно мало. Таким образом, сплавы имеют низкое значение положительного температурного коэффициента сопротивления.

Полупроводники, изоляторы и электролиты

Электрическое сопротивление полупроводников, изоляторов и электролитов уменьшается при повышении температуры. При повышении температуры создается множество свободных электронов. Поэтому происходит снижение значения электрического сопротивления. Таким образом, такие материалы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Часто задаваемые вопросы о сопротивлении

Электрическое сопротивление человеческого тела

Сопротивление кожи человека высоко, но внутреннее сопротивление тела низко. Когда тело человека сухое, его среднее эффективное сопротивление высоко, а когда влажное, сопротивление значительно снижается.

В сухих условиях эффективное сопротивление, которое оказывает человеческое тело, составляет 100 000 ом, а в условиях влажности или поврежденной кожи сопротивление снижается до 1000 ом.

Если высокое напряжение попадает на кожу человека, то она быстро разрушается, и сопротивление, которое оказывает тело, снижается до 500 ом.

Электрическое сопротивление воздуха

Известно, что электрическое сопротивление любого материала зависит от удельного сопротивления или сопротивляемости этого материала. Удельное сопротивление воздуха составляет около $10^6$ до $10^1^5$ $\Omega-m$ при 200 C.

Электрическое сопротивление воздуха является мерой способности воздуха противодействовать электрическому току. Сопротивление воздуха является результатом столкновений между передней поверхностью объекта и молекулами воздуха. Два основных фактора, влияющих на величину сопротивления воздуха, — это скорость объекта и площадь его поперечного сечения.

Разрушающее напряжение или диэлектрическая прочность воздуха составляет 21,1 кВ/см (эффективное) или 30 кВ/см (пик), что означает, что воздух обеспечивает электрическое сопротивление до 21,1 кВ/см (эффективное) или 30 кВ/см (пик). Если электростатическое напряжение в воздухе превышает 21,1 кВ/см (эффективное), происходит пробой воздуха, и можно сказать, что сопротивление воздуха становится равным нулю.

Электрическое сопротивление воды

Удельное сопротивление или сопротивляемость воды является мерой способности воды противодействовать электрическому току, которая зависит от концентрации растворенных солей в воде.

Чистая вода имеет высокое значение удельного сопротивления или сопротивляемости, так как не содержит ионов. Когда соли растворяются в чистой воде, образуются свободные ионы. Эти ионы могут проводить электрический ток, поэтому сопротивление уменьшается.

Вода с высокой концентрацией растворенных солей будет иметь низкое удельное сопротивление или сопротивляемость, и наоборот. В таблице ниже показаны значения сопротивляемости для различных типов воды.

Типы воды	Удельное сопротивление в Ом-м $(\Omega-m)$
Чистая вода	20 000 000
Морская вода	20-25
Дистиллированная вода	500 000
Дождевая вода	20 000
Речная вода	200
Питьевая вода	2-200
Деионизированная вода	180 000

Электрическое сопротивление меди

Медь является хорошим проводником, поэтому у нее низкое значение сопротивления. Естественное сопротивление, которое оказывает медь, называется удельным сопротивлением или электрической проводимостью меди.

Значение удельного сопротивления или электрической проводимости меди составляет $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Как называется явление, когда электрическое сопротивление равно нулю?

Когда электрическое сопротивление равно нулю, это явление называется сверхпроводимостью.

Согласно закону Ома,

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

Если электрическое сопротивление, то есть R = 0, тогда,

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

Таким образом, через проводник течет бесконечный ток, если сопротивление этого проводника равно нулю; это явление называется сверхпроводимостью.

Можно также сказать, что если электрическое сопротивление равно нулю, то его проводимость бесконечна.

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

Как сопротивляемость влияет на сопротивление?

Как известно, сопротивление проводящего материала можно выразить следующим образом,

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

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

где R — сопротивление проводника

$l$ — длина проводника

a = площадь поперечного сечения проводника

$\rho$ = постоянная пропорциональности материала, известная как удельное сопротивление или электрическая проводимость материала

Теперь, если $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ тогда

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

Таким образом, удельное сопротивление или электрическая проводимость материала — это сопротивление, которое оказывает единица длины и единица площади поперечного сечения материала.

Известно, что каждый проводящий материал имеет разное значение удельного сопротивления или электрической проводимости; таким образом, значение сопротивления зависит от длины и площади используемого проводящего материала.

Источник: Electrical4u

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы ими делиться, если имеется нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.