Что измеряет электрическое сопротивление
Что такое сопротивление
Что такое сопротивление?
Сопротивление (электрическое сопротивление) — это свойство какого-либо проводника оказывать сопротивление электрическому току, проходящему через него. Вот так все просто!
Давайте проведем аналогию с гидравликой. В нашем случае получается, что проводник электрического тока — это шланг или труба. Теперь давайте подумаем, какой из предметов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды: садовый шланг или нефтяная труба?
Понятное дело, что садовый шланг, так как его диаметр в разы меньше, чем диаметр нефтяной трубы.
Тогда другой вопрос. Какой шланг будет обладать бОльшим сопротивлением потоку воды с учетом того, что их длины и диаметры равны?
Разумеется, гофрированный. Вода будет «цепляться» за его стенки, что приведет к тому, что они будут мешать потоку воды.
Тогда еще вот такая задачка. Есть два абсолютно одинаковых шланга, но один длиннее, а другой короче. Какой из шлангов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды?
Думаю тот, который длиннее. Ответ очевиден.
Сопротивление проводника
Так почему бы все эти свойства не применить также к проводнику? Чем тоньше и длиннее проводник, тем больше его сопротивление электрическому току. Большую роль играет также материал, из которого он изготовлен.
Поэтому, окончательная формула будет принимать вид
удельное сопротивление веществ
Как вы видите из таблицы выше, самым маленьким удельным сопротивлением обладает серебро, поэтому провод из серебра будет наилучшим проводником. Ну а самым распространенными и дешевыми проводниками являются медь и алюминий. Именно эти два металла в основном используются во всей электронной и электротехнической промышленности.
Вещества, которые оказывают наименьшее сопротивление электрическому току и обладают очень малым сопротивлением называются проводниками, а вещества, которые обладают ну очень большим сопротивлением электрическому току и почти его не пропускают через себя, называются диэлектриками. Между ними стоит класс полупроводников.
Что такое сопротивление 1 Ом?
Проводник обладает сопротивлением 1 Ом, если на его концах напряжение составляет 1 Вольт при силе тока, проходящей через него в 1 Ампер.
сопротивление 1 Ом
Как найти сопротивление в цепи?
Его можно узнать из закона Ома, который связывает силу тока, напряжение и сопротивление. В этом случае, оно рассчитывается по формуле
формула сопротивления через закон Ома
R — сопротивление, Ом
U — напряжение на концах проводника, Вольты
I — сила тока, текущая через проводник, Амперы
То есть нам достаточно замерить напряжение на концах какого-либо проводника и измерить силу тока, проходящую через него. После применить формулу и рассчитать сопротивление проводника. Давайте для закрепления решим простую задачу.
Задача
Рассчитать сопротивление проводника, если известно, что на него подают напряжение 5 Вольт и сила тока, проходящая через него 0,1 Ампер.
Решение
В электронике и электротехнике используют специальные радиоэлементы, которые обладают сопротивлением электрическому току — резисторы. Более подробно про них можно прочитать в этой статье.
постоянные резисторы
Также вот вам видео, где очень умный преподаватель объясняет, что такое сопротивление
Близкие темы к этой статье
Измерители сопротивления
Чтобы проверить рабочее состояние электрокабеля, необходимо определить сопротивление изоляционного материала. Есть разные способы измерить сопротивление с учетом их абсолютной величины, точности. В этих целях используют спецустройства для замеров. Для определения исправности либо неисправности цепей и некоторых фрагментов, нужно знать, как использовать прибор для измерения сопротивления.
Зачем измерять сопротивление
Изоляция является защитой провода от прохождения электротока сквозь него. Во время работы электрических установок их конструкция подвергнется влиянию внешних факторов, старению и изнашиванию в процессе нагревания. Это отрицательно отразится на функциональности оборудования, потому необходимо периодически измерять сопротивления изоляции провода.
Прибор для измерения сопротивления
Чтобы измерить сопротивление, требуется иметь спецразрешение. Электропровод испытывают лишь спецкомпании и организации, имеющие квалифицированных специалистов. Они проходят обучение и получают необходимый разряд по электрической безопасности.
Важно! Проведение замеров требуется, чтобы своевременно обнаруживать повреждения в технике. Изоляция имеет важное значение в безопасности работ с оборудованием. Когда провод имеет повреждения, то установка будет опасна во время работы, так как появляется риск возгорания.
Когда вовремя проверить провод на исправность изоляции, это предупредит такие проблемы:
Потому крайне важно измерять показатели сопротивления изоляционного материала провода.
Какие есть приборы для измерения электрического сопротивления
Часто возникает вопрос, как называются приборы для измерения сопротивления. Чтобы измерить электрическое сопротивление, используются следующие приборы:
Омметр
Ремонт проводки, электро- и радиотехнических изделий предполагает проверку целостности кабелей и поиск нарушения контактов в соединениях. В некоторых ситуациях сопротивление равняется бесконечности, в других — 0.
Важно! Измерять сопротивление в цепи с помощью омметра, чтобы избежать поломки, допустимо лишь при обесточивании проводов.
До замеров сопротивления омметром требуется приготовить измеритель. Требуется:
Мегаомметр
Чтобы измерить электросопротивление в диапазоне мегаомов, применяется устройство мегаомметр. Принцип функционирования устройства основывается на использовании закона Ома.
Для реализации такого закона в изделии, понадобятся:
Важно! Реализация мегаомметра нуждается в минимальном количестве элементов. Подобные изделия исправно функционируют длительное время. Напряжение в аппаратах будет выдавать генератор постоянного тока, величины которого разнятся.
Работы на электрооборудовании с таким устройством несут повышенную опасность в результате того, что устройство будет вырабатывать высокое напряжение, возникает риск травматизма. Работы с мегаомметром производит персонал, который изучил руководство по использованию устройства, правила техники безопасности во время работ в электрооборудовании. Специалист должен иметь группу допуска и время от времени проходить проверку на знание правил работы в установке.
Мультиметр
Мультиметры бывают универсальными и специализированными, предназначенными в целях выполнения одного действия, однако проводимого по максимуму точно. В устройстве омметр считается лишь элементом прибора, его нужно включить в необходимый режим. Мультиметры нуждаются в определенных навыках применения — необходимо знать об их правильном подключении и интерпретировании готовых сведений.
На вид цифровое и аналоговое устройства легко различить: в цифровом информация выводится на монитор цифрами, в аналоговом циферблат проградуирован и на показатели указывает стрелка. Цифровой мультиметр более прост в применении, поскольку тут же покажет готовые данные, а показания аналогового нужно расшифровывать.
Во время работы с подобными приспособлениями, нужно учесть, что в цифровом мультиметре присутствует индикатор разрядки источника питания — когда силы тока аккумулятора не хватает, он перестанет функционировать. Аналоговый в подобном случае ничего не показывает, а просто выдает ошибочные сведения.
Важно! Для бытового использования подходит любое устройство, на шкале которого указывается достаточный предел измерения сопротивления.
В каких единицах измеряется сопротивление
Электросопротивление — противодействие, оказываемое проводником проходящему сквозь него электротоку. Главной единицей измерения в системе СИ станет ом, в системе СГС спецпоказатель отсутствует. Сопротивление (зачастую обозначено буквой R) считается, в некоторых пределах, постоянным показателем для конкретного проводника.
Как правильно использовать приборы для измерения сопротивления
Относительно технологии замеров, применять приборы требуется по указанной методике:
По завершении испытания с помощью переносного заземления снимается остаточный заряд с помощью короткого замыкания, разряжаются щупы.
Использование приборов
Меры безопасности при измерении
Даже когда возникла необходимость в бытовых условиях провести измерения сопротивления изоляции провода, перед использованием мегаомметра нужно ознакомиться с требованиями по безопасности. Главные правила:
Правила несложные, однако от них будет зависеть безопасность работника.
Требования к безопасности
Чтобы оценить функциональность электропровода, проводки, требуется замерять сопротивление изоляционного материала. В этих целях используются специальный измерительные приборы. Они будут подавать в измеряемую электроцепь напряжение, после чего на мониторе будут выданы данные.
Что такое электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление – величина электротехническая, характеризующая степень препятствования свободному протеканию электронов по проводнику. Некоторые материалы могут иметь нулевое сопротивление, а некоторые наоборот, имеют высокое, такие материалы называются диэлектриками. Есть другая противоположность – сверхпроводники.
Измеряется сопротивление в Омах, в честь своего первооткрывателя. Есть производные единицы – килоОмы, мегаОмы и даже гигаОмы. Проводимость – величина обратная сопротивлению. В данной статье рассказано все о таком физическом явлении, как сопротивление, как его измерять и рассчитать. В качестве дополнения, материал содержит два ролика и один скачиваемый файл.
Электрическое сопротивление проводников
Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. 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. Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электрическому току.
Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.
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. Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r. За единицу электрического сопротивления принят ом.
Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм2 при температуре 0° С. Если, например, электрическое сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом или r = 4ом. 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 и называемую, проводимостью.
Физический принцип сопротивления
Проще всего объяснить это по аналогии с водопроводной трубой. Представьте себе, что вода — некое подобие электрического тока, образуемого направленным движением электронов в проводнике, а напряжение — аналог давления (напора) воды. Сопротивление — это та сила противодействия среды их движению, которую электронам или воде приходится преодолевать, в результате чего производится работа и выделяется теплота. Именно такая модель представлялась в 1820-е годы Георгу Ому, когда он занялся исследованием природы происходящего в электрических цепях.
В водопроводной трубе всё обстоит так, что чем выше давление воды, тем относительно большая доля энергии расходуется на преодоление сопротивления в трубах, поскольку в них усиливается турбулентность потока. Из этого исходил Ом, приступая к опытам по измерению зависимости силы тока от напряжения. И очень скоро выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не происходит: сопротивление вещества электрическому току вовсе не зависит от приложенного напряжения. В этом, по сути, и заключается закон Ома, который (для отдельного участка цепи) записывается очень просто:
где V — напряжение, приложенное к участку цепи, I — сила тока, а R — электрическое сопротивление участка цепи.
Сегодня мы понимаем, что электрическая проводимость обусловлена движением свободных электронов, а сопротивление — столкновением этих электронов с атомами кристаллической решетки. При каждом таком столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который, в результате, начинает колебаться более интенсивно, и в результате мы наблюдаем нагревание проводника под действием электрического тока. Повышение напряжения в цепи никак не сказывается на доле тепловых потерь такого рода, и соотношение напряжения и электрического тока остается постоянным.
Однако, когда Георг Ом экспериментально открыл свой закон, атомная теория строения вещества находилась в зачаточном состоянии, а до открытия электрона оставалось несколько десятилетий. Таким образом, для него формула V = IR была чисто экспериментальным результатом. Сегодня мы имеем достаточно стройную и, одновременно, сложную теорию электропроводности и понимаем, что закон Ома в его первозданном виде — всего лишь грубое приближение.
Роль проводника тока
Если к веществу или материалу обладающему проводящей способностью, подключить источник ЭДС, то по нему начинает протекать электрический ток. Свободные электроны вещества при этом начинают направленное движение от отрицательного полюса к положительному, т.к они являются носителями отрицательного заряда.
Во время направленного движения электроны ударяются об атомы материала и передают им некоторую часть своей энергии, из-за этого происходит нагрев проводника по которому проходит ток. А электроны после столкновения замедляют свое движение. Но электрическое поле их опять ускоряет, поэтому они продолжают свое направленное движение к плюсу.
Этот процесс может идти практически бесконечно, пока вокруг проводника имеется электрическое поле созданное источником электродвижущей силы. Получается, что чем больше препятствий попадется на пути следования электронов, тем выше значение сопротивления.
В различных веществах имеется разное количество свободных электронов, а атомы, между которыми свободные носители заряда перемещаются, обладают различным местом расположения. Поэтому сопр. проводников току зависит, в первую очередь от материала, из которого они сделаны, от площади и длины поперечного сечения.
Если сравнить два проводника сделанные из одинакового материала, то более длинный имеет большее R при равных площадях поперечных сечений, а с большим поперечным сечением имеет более низкое сопр. при равных длинах. Рассмотрим практический пример: Подключим лампочку накаливания на 60Вт в розетку с сетевым напряжением. Спираль лампочки начинает создавать потоку электронов с потенциалом в 220В некоторое препятствие.
Если эта преграда на пути электронов окажется слишком маленькой лампочка перегорит. Если слишком большое – накальная нить будет гореть очень слабо. А вот если оно будет “оптимальное, тогда лампочка будет гореть нормально, выделяя при этом и тепло. Вырабатываемое тепло называют “потерянной” энергией, так как часть энергию затрагивается на никому ненужный нагрев.
Что такое электрическое удельное сопротивление? Из формулы закона Ома можно записать, что электрическое сопротивление является физической величиной, которую можно вычислить как отношение напряжения в проводнике к силе протекающего в нем тока.
Итак, исходя из опыта с лампочкой чуть выше можно сделать вывод, что электрическое сопротивление проводника является физической величиной, которая указывает на свойство вещества преобразовывать электрическую энергию в тепловую. (R= ρ × l)/S ρ — удельное сопротивление материала проводника, Ом·м, l — длина, м, и S — площадь сечения, м2. Удельное электрическое сопротивление является также физической величиной, которая равна сопротивлению метрового проводника с площадью сечения в один метр квадратный. На практике, сечение измеряют в квадратных миллиметрах.
Поэтому и удельное электрическое сопротивление проще считать в Ом × мм2 / м, а площадь подставлять в мм2. Формула выше говорит о том, что удельное сопр. прямо пропорционально удельному сопр. материала, из которого он сделан, а также его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника.
Сопр. проводников зависит также от температуры. Так у элементов из металла с повышением температуры R увеличивается. Зависимость эта сложная, но в относительно узких пределах температурного изменения (примерно до 200° Цельсия) можно условно считать, что для каждого металла существует определенный, так называемый температурный, коэффициент сопротивления (альфа), который выражает определенный прирост сопротивления дельта r при изменении температуры на один градус цельсия, отнесенный к 1 ом начального значения сопротивления. Таким образом, температурный коэффициент удельного сопротивления будет равен α = r2-r1/r1(T2-T1) и прирост сопр. будет равен Δr=r2-r1=αr2(T2-T1)
Во-первых, от материала проводника. Чем больше значение ρ, тем хуже будет пропускная токовая способность. Во-вторых, от длины провода – с увеличением длины сопротивление увеличивается. В-третьих, от толщины. У более толстого проводника, более низкое сопротивление. И в-четвертых, от температуры проводника.
Если он из металла, то их удельное сопротивление возрастает с ростом температуры. В исключение можно поместить специальные сплавы – их электрическое удельное сопр. практически не изменяется при нагревании. Например: никелин, константан и манганин. А вот у жидкостей с нагревом, удельное сопротивление уменьшается.
Связь с удельной проводимостью в изотропных материалах, выражется формулой: ρ = 1 / σ Где σ – удельная проводимость. Явление сверхпроводимости Предположим температуру материала будем уменьшать, то удельное сопротивление при этом будет также снижаться. Есть предел, до которого можно снизить температуру – абсолютный нуль.
В численном выражении равен —273°С. Ниже этого значения температур просто не существует. При этом значении удельное сопротивление любого проводника будет равно нулю. так как при абсолютном нуле атомы кристаллической решетки полностью перестают колебаться. В результате электронное облако проходит между узлами решетки, не соударяясь с ними. Удельное сопр. материала становится равным нулю, что открывает возможности для получения бесконечно огромных токовых уровней в проводниках малого сечения. Явление сверхпроводимости открывает фантастические перспективы для развития электротехники и электронной техники. Но пока еще имеются некоторые сложности, связанные с получением в быту сверхмалых температурных значений, требуемых для создания нужного эффекта. Когда эти проблемы смогут преодалеть, электротехника шагнет на принципиально новый уровень развития.
Зависимость сопротивления от температуры
Электропроводность всех материалов зависит от их температуры. В металлических проводниках при нагревании размах и скорость колебаний атомов в кристаллической решетке металла увеличиваются, вследствие чего возрастает и сопротивление, которое они оказывают потоку электронов. При охлаждении происходит обратное явление: беспорядочное колебательное движение атомов в узлах кристаллической решетки уменьшается, сопротивление их потоку электронов понижается и электропроводность проводника возрастает.
В природе, однако, имеются некоторые сплавы: фехраль, константан, манганин и др., у которых в определенном интервале температур электрическое сопротивление меняется сравнительно мало. Подобные сплавы применяют в технике для изготовления различных резисторов, используемых в электроизмерительных приборах и некоторых аппаратах для компенсации влияния температуры на их работу.
О степени изменения сопротивления проводников при изменении температуры судят по так называемому температурному коэффициенту сопротивления а. Этот коэффициент представляет собой относительное приращение сопротивления проводника при увеличении его температуры на 1 °С. В табл. 1 приведены значения температурного коэффициента сопротивления для наиболее применяемых проводниковых материалов.
Сопротивление металлического проводника Rt при любой температуре t
где R — сопротивление проводника при некоторой начальной температуре t (обычно при + 20 °С), которое может быть подсчитано по формуле (5);
t— t — изменение температуры.
Свойство металлических проводников увеличивать свое сопротивление при нагревании часто используют в современной технике для измерения температуры. Например, при испытаниях тяговых двигателей после ремонта температуру нагрева их обмоток определяют измерением их сопротивления в холодном состоянии и после работы под нагрузкой в течение установленного периода (обычно в течение 1 ч).
Исследуя свойства металлов при глубоком (очень сильном) охлаждении, ученые обнаружили замечательное явление: вблизи абсолютного нуля (— 273,16 °С) некоторые металлы почти полностью утрачивают электрическое сопротивление. Они становятся идеальными проводниками, способными длительное время пропускать ток по замкнутой цепи без всякого воздействия источника электрической энергии.
Это явление названо сверхпроводимостью. В настоящее время созданы опытные образцы линий электропередачи и электрических машин, в которых используется явление сверхпроводимости. Такие машины имеют значительно меньшие массу и габаритные размеры по сравнению с машинами общего назначения и работают с очень высоким коэффициентом полезного действия.