"Ηλεκτρική αντίσταση. Ειδική ηλεκτρική αντίσταση. Ηλεκτρική αντίσταση και αγωγιμότητα

Ο νόμος του Ohm είναι ο θεμελιώδης νόμος των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ταυτόχρονα, μας επιτρέπει να εξηγήσουμε πολλά φυσικά φαινόμενα. Για παράδειγμα, μπορείτε να καταλάβετε γιατί η ηλεκτρική ενέργεια δεν «χτυπά» τα πουλιά που κάθονται σε καλώδια. Για τη φυσική, ο νόμος του Ohm είναι εξαιρετικά σημαντικός. Χωρίς τη γνώση του, θα ήταν αδύνατο να δημιουργηθούν σταθερά ηλεκτρικά κυκλώματα ή δεν θα υπήρχαν καθόλου ηλεκτρονικά.

Εξάρτηση I = I(U) και η σημασία της

Η ιστορία της ανακάλυψης της αντίστασης των υλικών σχετίζεται άμεσα με το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης. Τι είναι; Ας πάρουμε ένα κύκλωμα με σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα και ας εξετάσουμε οποιοδήποτε από τα στοιχεία του: έναν λαμπτήρα, έναν σωλήνα αερίου, έναν μεταλλικό αγωγό, μια φιάλη ηλεκτρολύτη κ.λπ.

Αλλάζοντας την τάση U (συχνά συμβολίζεται ως V) που παρέχεται στο εν λόγω στοιχείο, θα παρακολουθούμε τη μεταβολή της ισχύος ρεύματος (I) που διέρχεται από αυτό. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνουμε μια εξάρτηση της μορφής I = I (U), η οποία ονομάζεται «χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ του στοιχείου» και είναι ένας άμεσος δείκτης των ηλεκτρικών του ιδιοτήτων.

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης μπορεί να φαίνεται διαφορετικό για διαφορετικά στοιχεία. Η απλούστερη μορφή του προκύπτει με την εξέταση ενός μεταλλικού αγωγού, κάτι που έκανε ο Georg Ohm (1789 - 1854).

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης είναι γραμμική εξάρτηση. Επομένως, η γραφική παράσταση του είναι ευθεία γραμμή.

Νόμος σε απλή μορφή

Οι μελέτες του Ohm σχετικά με τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης των αγωγών έδειξαν ότι η ισχύς του ρεύματος μέσα σε έναν μεταλλικό αγωγό είναι ανάλογη με τη διαφορά δυναμικού στα άκρα του (I ~ U) και αντιστρόφως ανάλογη με έναν ορισμένο συντελεστή, δηλαδή I ~ 1/R. Αυτός ο συντελεστής έγινε γνωστός ως «αντίσταση αγωγού» και η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης είναι το Ohm ή V/A.

Κάτι άλλο που αξίζει να σημειωθεί είναι αυτό. Ο νόμος του Ohm χρησιμοποιείται συχνά για τον υπολογισμό της αντίστασης σε κυκλώματα.

Δήλωση νόμου

Ο νόμος του Ohm λέει ότι η ισχύς του ρεύματος (I) ενός μόνο τμήματος ενός κυκλώματος είναι ανάλογη με την τάση σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίστασή του.

Πρέπει να σημειωθεί ότι σε αυτή τη μορφή ο νόμος παραμένει αληθινός μόνο για ένα ομοιογενές τμήμα της αλυσίδας. Ομογενές είναι εκείνο το τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος που δεν περιέχει πηγή ρεύματος. Ο τρόπος χρήσης του νόμου του Ohm σε ένα ανομοιογενές κύκλωμα θα συζητηθεί παρακάτω.

Αργότερα, διαπιστώθηκε πειραματικά ότι ο νόμος εξακολουθεί να ισχύει για διαλύματα ηλεκτρολυτών σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Φυσική έννοια της αντίστασης

Η αντίσταση είναι η ιδιότητα των υλικών, ουσιών ή μέσων να εμποδίζουν τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Ποσοτικά, μια αντίσταση 1 ohm σημαίνει ότι ένας αγωγός με τάση 1 V στα άκρα του μπορεί να περάσει ηλεκτρική ενέργειαισχύς 1 Α.

Ηλεκτρική αντίσταση

Διαπιστώθηκε πειραματικά ότι η αντίσταση του ηλεκτρικού ρεύματος ενός αγωγού εξαρτάται από τις διαστάσεις του: μήκος, πλάτος, ύψος. Και επίσης στο σχήμα του (σφαίρα, κύλινδρος) και στο υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο. Έτσι, ο τύπος για την ειδική αντίσταση, για παράδειγμα, ενός ομοιογενούς κυλινδρικού αγωγού θα είναι: R = p*l/S.

Αν σε αυτόν τον τύπο βάλουμε s = 1 m 2 και l = 1 m, τότε το R θα είναι αριθμητικά ίσο με το p. Από εδώ υπολογίζεται η μονάδα μέτρησης για τον συντελεστή αντίστασης αγωγού στο SI - αυτό είναι Ohm*m.

Στον τύπο ειδικής αντίστασης, p είναι ο συντελεστής αντίστασης που καθορίζεται από Χημικές ιδιότητεςτο υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένος ο αγωγός.

Για να εξετάσουμε τη διαφορική μορφή του νόμου του Ohm, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε αρκετές ακόμη έννοιες.

Όπως είναι γνωστό, το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια αυστηρά διατεταγμένη κίνηση οποιωνδήποτε φορτισμένων σωματιδίων. Για παράδειγμα, στα μέταλλα οι φορείς ρεύματος είναι ηλεκτρόνια και στα αγώγιμα αέρια είναι ιόντα.

Ας πάρουμε μια ασήμαντη περίπτωση όταν όλοι οι φορείς ρεύματος είναι ομοιογενείς - ένας μεταλλικός αγωγός. Ας επιλέξουμε νοερά έναν απειροελάχιστο όγκο σε αυτόν τον αγωγό και ας υποδηλώσουμε με το u τη μέση (μετατόπιση, διατεταγμένη) ταχύτητα των ηλεκτρονίων σε αυτόν τον όγκο. Έπειτα, έστω n η συγκέντρωση των φορέων ρεύματος ανά μονάδα όγκου.

Τώρα ας σχεδιάσουμε μια απειροελάχιστη περιοχή dS κάθετη στο διάνυσμα u και ας κατασκευάσουμε έναν απειροελάχιστο κύλινδρο με ύψος u*dt κατά μήκος της ταχύτητας, όπου dt υποδηλώνει το χρόνο κατά τον οποίο όλοι οι φορείς τρέχουσας ταχύτητας που περιέχονται στον υπό εξέταση όγκο θα περάσουν από την περιοχή dS .

Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια θα μεταφέρουν ένα φορτίο μέσω της περιοχής ίσης με q = n*e*u*dS*dt, όπου e είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου. Έτσι, η πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ένα διάνυσμα j = n*e*u, που δηλώνει την ποσότητα φορτίου που μεταφέρεται ανά μονάδα χρόνου μέσω μιας μονάδας επιφάνειας.

Ένα από τα πλεονεκτήματα του διαφορικού ορισμού του νόμου του Ohm είναι ότι συχνά είναι δυνατό να γίνει χωρίς να υπολογιστεί η αντίσταση.

Ηλεκτρικό φορτίο. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου

Η ισχύς πεδίου, μαζί με το ηλεκτρικό φορτίο, είναι μια θεμελιώδης παράμετρος στη θεωρία του ηλεκτρισμού. Επιπλέον, μια ποσοτική ιδέα για αυτά μπορεί να ληφθεί από απλά πειράματαδιαθέσιμο σε μαθητές σχολείου.

Για λόγους απλότητας, θα εξετάσουμε το ηλεκτροστατικό πεδίο. Αυτό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Ένα τέτοιο πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί από σταθερά ηλεκτρικά φορτία.

Μια δοκιμαστική χρέωση είναι επίσης απαραίτητη για τους σκοπούς μας. Θα χρησιμοποιήσουμε ένα φορτισμένο σώμα ως έχει - τόσο μικρό που δεν είναι ικανό να προκαλέσει διαταραχές (ανακατανομή φορτίων) στα γύρω αντικείμενα.

Ας εξετάσουμε με τη σειρά δύο φορτία δοκιμής που λαμβάνονται, διαδοχικά τοποθετημένα σε ένα σημείο του χώρου, το οποίο βρίσκεται υπό την επίδραση ενός ηλεκτροστατικού πεδίου. Αποδεικνύεται ότι οι χρεώσεις θα υπόκεινται σε συνεχή επιρροή εκ μέρους του με την πάροδο του χρόνου. Έστω F 1 και F 2 οι δυνάμεις που δρουν στα φορτία.

Ως αποτέλεσμα της γενίκευσης των πειραματικών δεδομένων, διαπιστώθηκε ότι οι δυνάμεις F 1 και F 2 κατευθύνονται είτε σε μία είτε σε αντίθετες κατευθύνσεις και η αναλογία τους F 1 / F 2 είναι ανεξάρτητη από το σημείο στο χώρο όπου ήταν τα φορτία δοκιμής τοποθετούνται εναλλάξ. Κατά συνέπεια, η αναλογία F 1 / F 2 είναι χαρακτηριστικό αποκλειστικά των ίδιων των χρεώσεων και δεν εξαρτάται σε καμία περίπτωση από το πεδίο.

Η ανακάλυψη αυτού του γεγονότος κατέστησε δυνατό τον χαρακτηρισμό της ηλεκτροδότησης των σωμάτων και αργότερα ονομάστηκε ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, εξ ορισμού, προκύπτει q 1 /q 2 = F 1 /F 2, όπου q 1 και q 2 είναι το μέγεθος των φορτίων που τοποθετούνται σε ένα σημείο του πεδίου και F 1 και F 2 είναι οι δυνάμεις που δρουν για τις χρεώσεις από το γήπεδο.

Από παρόμοιες εκτιμήσεις, τα φορτία διαφόρων σωματιδίων καθορίστηκαν πειραματικά. Βάζοντας υπό όρους την αναλογία μίας από τις δοκιμαστικές φορτίσεις ίση με μία, μπορείτε να υπολογίσετε την τιμή της άλλης φόρτισης μετρώντας την αναλογία F 1 / F 2.

Οποιοδήποτε ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να χαρακτηριστεί μέσω ενός γνωστού φορτίου. Έτσι, η δύναμη που επενεργεί σε ένα φορτίο δοκιμής μονάδας σε ηρεμία ονομάζεται τάση ηλεκτρικό πεδίοκαι συμβολίζεται με Ε. Από τον ορισμό του φορτίου βρίσκουμε ότι το διάνυσμα της τάσης έχει την εξής μορφή: E = F/q.

Σχέση μεταξύ των διανυσμάτων j και E. Μια άλλη μορφή νόμου του Ohm

Σημειώστε επίσης ότι ο ορισμός της ειδικής αντίστασης κυλίνδρου μπορεί να γενικευτεί σε σύρματα που αποτελούνται από το ίδιο υλικό. Στην περίπτωση αυτή, η περιοχή διατομήαπό τον τύπο ειδικής αντίστασης θα είναι ίση με τη διατομή του σύρματος και l - το μήκος του.

Έννοια της ηλεκτρικής αντίστασης και αγωγιμότητας

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

Η ηλεκτρονική θεωρία εξηγεί την ουσία της ηλεκτρικής αντίστασης των μεταλλικών αγωγών. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, όταν κινούνται κατά μήκος ενός αγωγού, συναντούν άτομα και άλλα ηλεκτρόνια στο δρόμο τους αμέτρητες φορές και, αλληλεπιδρώντας μαζί τους, χάνουν αναπόφευκτα μέρος της ενέργειάς τους. Τα ηλεκτρόνια βιώνουν ένα είδος αντίστασης στην κίνησή τους. Διαφορετικοί μεταλλικοί αγωγοί, με διαφορετικές ατομικές δομές, προσφέρουν διαφορετική αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα.

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 δεν είναι ηλεκτρόνια, αλλά φορτισμένα σωματίδια μορίων που συναντούν αντίσταση κατά την κίνησή τους.

Η αντίσταση υποδηλώνεται με τα λατινικά γράμματα R ή r.

Η μονάδα ηλεκτρικής αντίστασης είναι 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 ενός αγωγού είναι 4 ohms, τότε γράφεται ως εξής: R = 4 ohms ή r = 4 ohms.

Για τη μέτρηση μεγάλων αντιστάσεων, χρησιμοποιείται μια μονάδα που ονομάζεται megohm.

Ένα megohm είναι ίσο με ένα εκατομμύριο ohms.

Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση ενός αγωγού, τόσο χειρότερα άγει το ηλεκτρικό ρεύμα και, αντίθετα, όσο μικρότερη είναι η αντίσταση του αγωγού, τόσο πιο εύκολο είναι για το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει από αυτόν τον αγωγό.

Κατά συνέπεια, για να χαρακτηρίσουμε έναν αγωγό (από την άποψη της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτού), μπορούμε να λάβουμε υπόψη όχι μόνο την αντίστασή του, αλλά και το αντίστροφο της αντίστασης που ονομάζεται αγωγιμότητα.

Ηλεκτρική αγωγιμότηταείναι η ικανότητα ενός υλικού να περνάει ηλεκτρικό ρεύμα μέσα του.

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

Η επίδραση του υλικού αγωγού, οι διαστάσεις του και η θερμοκρασία περιβάλλοντος στην τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης

Η αντίσταση των διαφόρων αγωγών εξαρτάται από το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται. Για τον χαρακτηρισμό της ηλεκτρικής αντίστασης διάφορα υλικάεισήχθη η έννοια της λεγόμενης ειδικής αντίστασης.

Αντίστασηείναι η αντίσταση ενός αγωγού με μήκος 1 m και επιφάνεια διατομής 1 mm2. Αντίστασηπου συμβολίζεται με το γράμμα r του ελληνικού αλφαβήτου. Κάθε υλικό από το οποίο κατασκευάζεται ένας αγωγός έχει τη δική του ειδική αντίσταση.

Για παράδειγμα, η ειδική αντίσταση του χαλκού είναι 0,017, δηλαδή ένας χάλκινος αγωγός μήκους 1 m και διατομής 1 mm2 έχει αντίσταση 0,017 ohms. Η ειδική αντίσταση του αλουμινίου είναι 0,03, η ειδική αντίσταση του σιδήρου είναι 0,12, η ​​ειδική αντίσταση της κονταντάνης είναι 0,48, η ειδική αντίσταση του νιχρώμου είναι 1-1,1.

Η αντίσταση ενός αγωγού είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος του, δηλαδή όσο μεγαλύτερος είναι ο αγωγός τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική του αντίσταση.

Η αντίσταση ενός αγωγού είναι αντιστρόφως ανάλογη με το εμβαδόν της διατομής του, δηλαδή όσο πιο παχύς είναι ο αγωγός τόσο μικρότερη είναι η αντίστασή του και, αντίθετα, όσο πιο λεπτός είναι ο αγωγός, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίστασή του.

Για να κατανοήσετε καλύτερα αυτή τη σχέση, φανταστείτε δύο ζεύγη δοχείων επικοινωνίας, με το ένα ζευγάρι αγγείων να έχει έναν λεπτό συνδετικό σωλήνα και το άλλο να έχει έναν παχύ. Είναι σαφές ότι όταν ένα από τα δοχεία (κάθε ζεύγος) γεμίσει με νερό, η μεταφορά του στο άλλο δοχείο μέσω ενός παχύ σωλήνα θα γίνει πολύ πιο γρήγορα από ότι μέσω ενός λεπτού σωλήνα, δηλαδή, ένας παχύς σωλήνας θα έχει μικρότερη αντίσταση στη ροή από νερό. Με τον ίδιο τρόπο, είναι ευκολότερο για το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει από έναν παχύ αγωγό παρά από έναν λεπτό, δηλαδή ο πρώτος του προσφέρει μικρότερη αντίσταση από τον δεύτερο.

Ηλεκτρική αντίστασηενός αγωγού είναι ίση με την ειδική αντίσταση του υλικού από το οποίο κατασκευάζεται ο αγωγός, πολλαπλασιαζόμενη με το μήκος του αγωγού και διαιρούμενη με την περιοχή της διατομής του αγωγού:

R = р l/S,

Οπου - R είναι η αντίσταση του αγωγού, ohm, l είναι το μήκος του αγωγού σε m, S είναι η περιοχή διατομής του αγωγού, mm 2.

Επιφάνεια διατομής στρογγυλού αγωγούυπολογίζεται με τον τύπο:

S = π d 2 / 4

Όπου π - σταθερή τιμή ίση με 3,14. d είναι η διάμετρος του αγωγού.

Και έτσι καθορίζεται το μήκος του αγωγού:

l = S R / p,

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

Εάν είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η περιοχή διατομής του αγωγού, τότε ο τύπος παίρνει την ακόλουθη μορφή:

S = р l / R

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

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 εμφάνιση. Για να γίνει αυτό, πρέπει να προσδιορίσετε την ειδική αντίσταση του αγωγού και, χρησιμοποιώντας τον πίνακα, να βρείτε ένα υλικό που έχει τέτοια ειδική αντίσταση.

Ένας άλλος λόγος που επηρεάζει την αντίσταση των αγωγών είναι η θερμοκρασία.

Έχει διαπιστωθεί ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας η αντίσταση των μεταλλικών αγωγών αυξάνεται και με τη μείωση της θερμοκρασίας 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 παρέχει την ακόλουθη εξήγηση για την αύξηση της αντίστασης των μεταλλικών αγωγών με την αύξηση της θερμοκρασίας. Όταν θερμαίνεται, ο αγωγός λαμβάνει θερμική ενέργεια, που 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 κατευθυντική κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων, γι' αυτό και η αντίσταση του αγωγού αυξάνεται. Με τη μείωση της θερμοκρασίας, Καλύτερες συνθήκεςγια την κατευθυντική κίνηση των ηλεκτρονίων, και η αντίσταση του αγωγού μειώνεται. Αυτό εξηγεί ένα ενδιαφέρον φαινόμενο - υπεραγωγιμότητα των μετάλλων.

Υπεραγωγιμότητα, δηλαδή, μια μείωση της αντίστασης των μετάλλων στο μηδέν, συμβαίνει με τεράστια αρνητική θερμοκρασία- 273° C, που ονομάζεται απόλυτο μηδέν. Σε θερμοκρασία απόλυτου μηδέν, τα άτομα μετάλλου φαίνεται να παγώνουν στη θέση τους, χωρίς να παρεμβαίνουν καθόλου στην κίνηση των ηλεκτρονίων.

Σήμερα ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικάΟποιοδήποτε υλικό είναι η ηλεκτρική του αντίσταση. Αυτό το γεγονός εξηγείται από την πρωτοφανή στην ιστορία της ανθρωπότητας εξάπλωση των ηλεκτρικών μηχανών, που μας ανάγκασε να ρίξουμε μια διαφορετική ματιά στις ιδιότητες των γύρω υλικών, τεχνητών και φυσικών. Η έννοια της «ηλεκτρικής αντίστασης» έχει γίνει εξίσου σημαντική με τη θερμοχωρητικότητα κ.λπ. Ισχύει απολύτως για οτιδήποτε μας περιβάλλει: νερό, αέρας, μέταλλο, ακόμη και στο κενό.

Κάθε ΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΑΝΘΡΩΠΟΣπρέπει να έχει κατανόηση αυτού του χαρακτηριστικού των υλικών. Η ερώτηση «τι είναι ηλεκτρική αντίσταση» μπορεί να απαντηθεί μόνο εάν είναι γνωστή η έννοια του όρου «ηλεκτρικό ρεύμα». Ας ξεκινήσουμε με αυτό...

Η υλική εκδήλωση της ενέργειας είναι το άτομο. Όλα αποτελούνται από αυτούς, συνδεδεμένους σε ομάδες. Το τρέχον φυσικό μοντέλο δηλώνει ότι το άτομο είναι σαν ένα μικροσκοπικό μοντέλο ενός αστρικού συστήματος. Στο κέντρο βρίσκεται ο πυρήνας, ο οποίος περιέχει δύο τύπους σωματιδίων: τα νετρόνια και τα πρωτόνια. Ένα πρωτόνιο φέρει ηλεκτρικό θετικό φορτίο. Σε διαφορετικές αποστάσεις από τον πυρήνα, άλλα σωματίδια —ηλεκτρόνια— που φέρουν αρνητικό φορτίο περιστρέφονται σε κυκλικές τροχιές. Ο αριθμός των πρωτονίων αντιστοιχεί πάντα στον αριθμό των ηλεκτρονίων, άρα το συνολικό φορτίο είναι μηδέν. Όσο πιο μακριά είναι η τροχιά (σθένος) του ηλεκτρονίου από τον πυρήνα, τόσο πιο αδύναμη είναι η δύναμη έλξης που το συγκρατεί στη δομή του ατόμου.

Σε μια μηχανή παραγωγής ρεύματος, το μαγνητικό πεδίο το απελευθερώνει από τις τροχιές, καθώς ένα «επιπλέον» πρωτόνιο παραμένει σε αυτό που έχει χάσει το ηλεκτρόνιο, η δύναμη έλξης «σκίζει» ένα άλλο ηλεκτρόνιο σθένους από την εξωτερική τροχιά της γειτονικής τροχιάς. άτομο. Ολόκληρη η δομή του υλικού εμπλέκεται στη διαδικασία. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται η κίνηση φορτισμένων σωματιδίων (άτομα με θετικό φορτίο και ελεύθερα ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο), η οποία ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Ένα υλικό στη δομή του οποίου τα ηλεκτρόνια από τις εξωτερικές τροχιές μπορούν εύκολα να φύγουν από το άτομο ονομάζεται αγωγός. Η ηλεκτρική του αντίσταση είναι χαμηλή. Αυτή είναι μια ομάδα μετάλλων. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο και ο χαλκός χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή συρμάτων. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, ηλεκτρική ισχύς είναι ο λόγος της τάσης που δημιουργείται από τη γεννήτρια προς την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται. Παρεμπιπτόντως, στην Ομάχα.

Είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ότι υπάρχουν υλικά στα οποία υπάρχουν πολύ λίγα ηλεκτρόνια σθένους ή τα άτομα είναι πολύ μακριά το ένα από το άλλο (αέριο). εσωτερική δομήδεν μπορεί να εξασφαλίσει τη διέλευση του ρεύματος. Ονομάζονται διηλεκτρικά και χρησιμοποιούνται για τη μόνωση αγώγιμων γραμμών στην ηλεκτρική μηχανική. Η ηλεκτρική τους αντίσταση είναι πολύ υψηλή.

Όλοι γνωρίζουν ότι ένα υγρό διηλεκτρικό αρχίζει να άγει ηλεκτρικό ρεύμα. Υπό το φως αυτού του γεγονότος, το ερώτημα «αν υπάρχει ηλεκτρική αντίσταση του νερού» αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η απάντηση σε αυτό είναι αντιφατική: και ναι και όχι. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, εάν πρακτικά δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια σθένους στο υλικό και η ίδια η δομή αποτελείται περισσότερο από κενό παρά από σωματίδια (θυμηθείτε τον περιοδικό πίνακα και το υδρογόνο με ένα μόνο ηλεκτρόνιο σε τροχιά), τότε φυσιολογικές συνθήκεςαγωγιμότητα δεν μπορεί να υπάρξει. Το νερό ταιριάζει απόλυτα σε αυτή την περιγραφή: ένας συνδυασμός δύο αερίων, που ονομάζουμε υγρό. Και πράγματι, όντας πλήρως καθαρισμένος από διαλυμένες ακαθαρσίες, είναι ένα πολύ καλό διηλεκτρικό. Επειδή όμως τα διαλύματα αλατιού υπάρχουν πάντα στο νερό στη φύση, παρέχεται από αυτά. Το επίπεδό του επηρεάζεται από τον κορεσμό του διαλύματος και τη θερμοκρασία. Γι' αυτό δεν μπορεί να υπάρξει σαφής απάντηση στην ερώτηση, επειδή το νερό μπορεί να είναι διαφορετικό.

Χωρίς κάποιες βασικές γνώσεις για την ηλεκτρική ενέργεια, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς λειτουργούν ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ, γιατί λειτουργούν καθόλου, γιατί πρέπει να συνδέσετε την τηλεόραση για να λειτουργήσει, αλλά ένας φακός χρειάζεται μόνο μια μικρή μπαταρία για να λάμπει στο σκοτάδι.

Και έτσι θα τα καταλάβουμε όλα με τη σειρά.

Ηλεκτρική ενέργεια

Ηλεκτρική ενέργεια- Αυτό ένα φυσικό φαινόμενο, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη, την αλληλεπίδραση και την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Η ηλεκτρική ενέργεια ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά τον 7ο αιώνα π.Χ. Έλληνας φιλόσοφος Θαλής. Ο Θαλής παρατήρησε ότι αν ένα κομμάτι κεχριμπαριού τρίβεται σε μαλλί, αρχίζει να έλκει ελαφριά αντικείμενα. Το κεχριμπάρι στα αρχαία ελληνικά είναι ηλεκτρόνιο.

Έτσι φαντάζομαι τον Θαλή να κάθεται και να τρίβει ένα κομμάτι κεχριμπάρι στο ιμάτιό του (αυτό είναι ένα μάλλινο εξωτερικά ενδύματαμεταξύ των αρχαίων Ελλήνων), και μετά κοιτάζει με σαστισμένο βλέμμα καθώς τρίχες, κομμάτια κλωστής, φτερά και κομμάτια χαρτιού έλκονται από το κεχριμπάρι.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ. Μπορείτε να επαναλάβετε αυτήν την εμπειρία. Για να το κάνετε αυτό, τρίψτε καλά έναν κανονικό πλαστικό χάρακα με ένα μάλλινο πανί και φέρτε τον στα μικρά κομμάτια χαρτιού.

πρέπει να σημειωθεί ότι για πολύ καιρόαυτό το φαινόμενο δεν έχει μελετηθεί. Και μόνο το 1600, στο δοκίμιό του "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet - the Earth", ο Άγγλος φυσιοδίφης William Gilbert εισήγαγε τον όρο ηλεκτρική ενέργεια. Στο έργο του, περιέγραψε τα πειράματά του με ηλεκτρισμένα αντικείμενα και επίσης διαπίστωσε ότι άλλες ουσίες μπορούν να ηλεκτριστούν.

Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια τριών αιώνων, το πιο προηγμένο επιστήμονες του κόσμουΜελετούν τον ηλεκτρισμό, γράφουν πραγματείες, διατυπώνουν νόμους, εφευρίσκουν ηλεκτρικές μηχανές και μόνο το 1897 ο Joseph Thomson ανακαλύπτει τον πρώτο υλικό φορέα ηλεκτρισμού - το ηλεκτρόνιο, ένα σωματίδιο που κάνει δυνατές τις ηλεκτρικές διεργασίες σε ουσίες.

Ηλεκτρόνιο- Αυτό στοιχειώδες σωματίδιο, έχει αρνητικό φορτίο περίπου ίσο με -1.602·10 -19 Cl (Κρεμαστό). Ορίστηκε μιή e –.

Τάση

Για να μετακινηθούν τα φορτισμένα σωματίδια από τον έναν πόλο στον άλλο, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν μεταξύ των πόλων πιθανή διαφοράή - Τάση. Μονάδα τάσης - Βόλτ (ΣΕή V). Στους τύπους και στους υπολογισμούς, η τάση συμβολίζεται με το γράμμα V . Για να αποκτήσετε τάση 1 V, πρέπει να μεταφέρετε φορτίο 1 C μεταξύ των πόλων, ενώ κάνετε 1 J (Joule) δουλειά.

Για λόγους σαφήνειας, φανταστείτε μια δεξαμενή νερού που βρίσκεται σε ένα ορισμένο ύψος. Ένας σωλήνας βγαίνει από τη δεξαμενή. Το νερό υπό φυσική πίεση φεύγει από τη δεξαμενή μέσω ενός σωλήνα. Ας συμφωνήσουμε ότι το νερό είναι ηλεκτρικό φορτίο, το ύψος της στήλης νερού (πίεση) είναι Τάση, και η ταχύτητα ροής του νερού είναι ηλεκτρική ενέργεια.

Έτσι, παρά περισσότερο νερόστη δεξαμενή, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση. Ομοίως από ηλεκτρική άποψη, όσο μεγαλύτερη είναι η φόρτιση, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση.

Ας αρχίσουμε να στραγγίζουμε το νερό, η πίεση θα μειωθεί. Εκείνοι. Το επίπεδο φόρτισης πέφτει - η τάση μειώνεται. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί σε έναν φακό ο λαμπτήρας γίνεται πιο θαμπό καθώς οι μπαταρίες τελειώνουν. Σημειώστε ότι όσο χαμηλότερη είναι η πίεση του νερού (τάση), τόσο χαμηλότερη είναι η ροή του νερού (ρεύμα).

Ηλεκτρική ενέργεια

Ηλεκτρική ενέργειαείναι μια φυσική διαδικασία κατευθυνόμενης κίνησης φορτισμένων σωματιδίων υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικό πεδίοαπό τον έναν πόλο ενός κλειστού ηλεκτρικού κυκλώματος στον άλλο. Τα σωματίδια που φέρουν φορτίο μπορεί να περιλαμβάνουν ηλεκτρόνια, πρωτόνια, ιόντα και οπές. Χωρίς κλειστό κύκλωμα, δεν είναι δυνατό ρεύμα. Τα σωματίδια που μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικά φορτία δεν υπάρχουν σε όλες τις ουσίες εκείνες στις οποίες υπάρχουν αγωγοίΚαι ημιαγωγών. Και ουσίες στις οποίες δεν υπάρχουν τέτοια σωματίδια - διηλεκτρικά.

Τρέχουσα μονάδα - Αμπέρ (ΕΝΑ). Στους τύπους και τους υπολογισμούς, η ισχύς του ρεύματος υποδεικνύεται με το γράμμα Εγώ . Ένα ρεύμα 1 Ampere δημιουργείται όταν ένα φορτίο 1 Coulomb (6.241·10 18 ηλεκτρονίων) διέρχεται από ένα σημείο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος σε 1 δευτερόλεπτο.

Ας δούμε ξανά την αναλογία νερού-ηλεκτρισμού μας. Μόνο τώρα ας πάρουμε δύο δεξαμενές και ας τις γεμίσουμε με ίση ποσότητα νερού. Η διαφορά μεταξύ των δεξαμενών είναι η διάμετρος του σωλήνα εξόδου.

Ας ανοίξουμε τις βρύσες και ας βεβαιωθούμε ότι η ροή του νερού από την αριστερή δεξαμενή είναι μεγαλύτερη (η διάμετρος του σωλήνα είναι μεγαλύτερη) παρά από τη δεξιά. Αυτή η εμπειρία είναι ξεκάθαρη απόδειξη της εξάρτησης της ταχύτητας ροής από τη διάμετρο του σωλήνα. Τώρα ας προσπαθήσουμε να εξισώσουμε τις δύο ροές. Για να το κάνετε αυτό, προσθέστε νερό (φόρτιση) στη δεξιά δεξαμενή. Αυτό θα δώσει περισσότερη πίεση (τάση) και θα αυξήσει τον ρυθμό ροής (ρεύμα). Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, η διάμετρος του σωλήνα παίζεται από αντίσταση.

Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν καταδεικνύουν ξεκάθαρα τη σχέση μεταξύ Τάση, ηλεκτροπληξίαΚαι αντίσταση. Θα μιλήσουμε περισσότερα για την αντίσταση λίγο αργότερα, αλλά τώρα λίγα λόγια για τις ιδιότητες του ηλεκτρικού ρεύματος.

Εάν η τάση δεν αλλάξει την πολικότητα της, συν σε μείον, και το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση, τότε αυτό είναι D.C. και αντίστοιχα σταθερή πίεση. Εάν η πηγή τάσης αλλάξει την πολικότητα της και το ρεύμα ρέει πρώτα προς μια κατεύθυνση και μετά στην άλλη, αυτό είναι ήδη εναλλασσόμενο ρεύμαΚαι AC τάση. Μέγιστες και ελάχιστες τιμές (που υποδεικνύονται στο γράφημα ως Ιω ) - Αυτό εύροςή μέγιστες τιμές ρεύματος. Στις οικιακές πρίζες, η τάση αλλάζει την πολικότητα της 50 φορές το δευτερόλεπτο, δηλ. το ρεύμα ταλαντώνεται εδώ κι εκεί, αποδεικνύεται ότι η συχνότητα αυτών των ταλαντώσεων είναι 50 Hertz, ή εν συντομία 50 Hz. Σε ορισμένες χώρες, για παράδειγμα στις ΗΠΑ, η συχνότητα είναι 60 Hz.

Αντίσταση

Ηλεκτρική αντίσταση – φυσική ποσότητα, που καθορίζει την ιδιότητα ενός αγωγού να εμποδίζει (αντιστέκεται) στη διέλευση του ρεύματος. Μονάδα αντίστασης - Ωμ(σημειώνεται Ωμή το ελληνικό γράμμα ωμέγα Ω ). Στους τύπους και τους υπολογισμούς, η αντίσταση υποδεικνύεται με το γράμμα R . Ένας αγωγός έχει αντίσταση 1 ohm στους πόλους του οποίου εφαρμόζεται τάση 1 V και ρέει ρεύμα 1 Α.

Οι αγωγοί μεταφέρουν το ρεύμα διαφορετικά. Δικα τους αγώγιμοεξαρτάται, πρώτα απ 'όλα, από το υλικό του αγωγού, καθώς και από τη διατομή και το μήκος. Όσο μεγαλύτερη είναι η διατομή, τόσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα, αλλά όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος, τόσο μικρότερη είναι η αγωγιμότητα. Η αντίσταση είναι η αντίστροφη έννοια της αγωγιμότητας.

Χρησιμοποιώντας το μοντέλο υδραυλικών εγκαταστάσεων ως παράδειγμα, η αντίσταση μπορεί να αναπαρασταθεί ως η διάμετρος του σωλήνα. Όσο μικρότερο είναι, τόσο χειρότερη είναι η αγωγιμότητα και τόσο μεγαλύτερη η αντίσταση.

Η αντίσταση ενός αγωγού εκδηλώνεται, για παράδειγμα, στη θέρμανση του αγωγού όταν το ρεύμα ρέει μέσα από αυτόν. Επιπλέον, όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα και όσο μικρότερη είναι η διατομή του αγωγού, τόσο ισχυρότερη είναι η θέρμανση.

Εξουσία

Ηλεκτρική ενέργειαείναι ένα φυσικό μέγεθος που καθορίζει το ρυθμό μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας. Για παράδειγμα, έχετε ακούσει περισσότερες από μία φορές: "μια λάμπα είναι τόσα πολλά Watt". Αυτή είναι η ισχύς που καταναλώνει ο λαμπτήρας ανά μονάδα χρόνου κατά τη λειτουργία, δηλ. μετατρέποντας ένα είδος ενέργειας σε άλλο με συγκεκριμένη ταχύτητα.

Οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, όπως οι γεννήτριες, χαρακτηρίζονται επίσης από ισχύ, αλλά έχουν ήδη παραχθεί ανά μονάδα χρόνου.

Μονάδα ισχύος - Βάτ(σημειώνεται Wή W). Στους τύπους και τους υπολογισμούς, η ισχύς υποδεικνύεται με το γράμμα Π . Για κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιείται ο όρος Πλήρης δύναμη, μονάδα - Volt-amps (VAή V·A), που υποδηλώνεται με το γράμμα μικρό .

Και τέλος περίπου Ηλεκτρικό κύκλωμα . Αυτό το κύκλωμα είναι ένα ορισμένο σύνολο ηλεκτρικών εξαρτημάτων ικανά να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα και διασυνδέονται ανάλογα.

Αυτό που βλέπουμε σε αυτή την εικόνα είναι μια βασική ηλεκτρική συσκευή (φακός). Υπό τάση U(Β) μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας (μπαταρίες) μέσω αγωγών και άλλων εξαρτημάτων με διαφορετικές αντιστάσεις 4.59 (220 ψήφοι)

Στη φυσική, η ηλεκτρική αντίσταση είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ικανότητα ενός αγωγού να εμποδίζει τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση

Κάθε σώμα, κάθε ουσία έχει ηλεκτρική αντίσταση. Εάν εφαρμόσετε την ίδια τάση σε διαφορετικά σώματα, θα διαρρέουν διαφορετικά ρεύματα, επειδή έχουν διαφορετική αντίσταση. Υπάρχουν ουσίες μέσα από τις οποίες δεν θα ρέει καθόλου ρεύμα. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται διηλεκτρικά και οι ουσίες που μεταδίδουν ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζονται αγωγοί.

Όπως γνωρίζετε, το ρεύμα είναι η κατευθυνόμενη κίνηση των ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια από τον αρνητικό πόλο της πηγής τάσης εισέρχονται στον αγωγό, όπου εκτοξεύουν άλλα ηλεκτρόνια από το μόριο του αγωγού, παίρνοντας τη θέση τους. Τα ηλεκτρόνια φαίνεται να περνούν τη σκυτάλη από μόριο σε μόριο.

Επιπλέον, οι αγωγοί έχουν επίσης τα δικά τους ελεύθερα ηλεκτρόνια που δεν σχετίζονται με κάποιο συγκεκριμένο άτομο. Όλα αυτά τα σωματίδια κινούνται κατά μήκος του αγωγού. Δεδομένου ότι ελεύθερα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε όλο τον αγωγό, όταν εφαρμόζεται μια τάση, τα ηλεκτρόνια φτάνουν αμέσως στον θετικό πόλο.

Μόρια διαφορετικές ουσίεςκρατούν τα ηλεκτρόνια τους με διαφορετικές δυνάμεις. Για παράδειγμα, είναι ευκολότερο να εξαφανιστούν σωματίδια από χρυσό παρά από χαλκό, και υπάρχουν περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτό, πράγμα που σημαίνει ότι η αντίσταση του χρυσού είναι μικρότερη. Τα διηλεκτρικά μόρια εγκαταλείπουν τα ηλεκτρόνια τους εξαιρετικά απρόθυμα, έτσι ώστε να μην ρέει ρεύμα μέσα από αυτά.

Πώς να προσδιορίσετε την τιμή αντίστασης

Η ικανότητα ενός αγωγού να αντιστέκεται στη διέλευση ρεύματος ονομάζεται αντίσταση και συμβολίζεται με το γράμμα R. Η αντίσταση σχετίζεται αυστηρά με το ρεύμα και την τάση. Εάν εφαρμοστεί τάση U στα άκρα ενός αγωγού με αντίσταση R, θα διαρρέει ρεύμα I. R = U/ I. Αυτό ονομάζεται νόμος του Ohm.

Στην Ομάχα. 1 Ohm είναι η αντίσταση μέσω της οποίας ρέει ρεύμα 1 Ampere με τάση 1 Volt.

Κάθε αγωγός χαρακτηρίζεται από ειδική ειδική αντίσταση ρ. Για κάθε αγωγό, αυτή η τιμή είναι αμετάβλητη, αναφέρεται στα βιβλία αναφοράς. Ειδική αντίσταση είναι η αντίσταση που έχει ένας αγωγός μήκους l=1 m και επιφάνειας διατομής S=1 τ.μ. Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση είναι R=ρl/S. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αγωγός, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση και όσο αυξάνεται το εμβαδόν της διατομής, η αντίσταση μειώνεται.

Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι όταν ο αγωγός θερμαίνεται, η αντίσταση αυξάνεται και όταν ψύχεται, αντίθετα, μειώνεται. Στο απόλυτο μηδέν (-273°C) η αντίσταση είναι κοντά στο μηδέν. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται υπεραγωγιμότητα. Η ειδική αντίσταση που υποδεικνύεται στα βιβλία αναφοράς μετράται σε φυσιολογικές συνθήκες, δηλ. σε θερμοκρασία δωματίου.

Εσωτερική και εξωτερική αντίσταση

Όχι μόνο οι αγωγοί και τα στοιχεία έχουν αντίσταση ηλεκτρικά διαγράμματα, αλλά και πηγές τάσης. Η αντίσταση r της ίδιας της πηγής ονομάζεται εσωτερική και η αντίσταση φορτίου R ονομάζεται εξωτερική. Το ρεύμα I μέσω του φορτίου από την πηγή ρέει από το μείον στο συν, και μέσα στην πηγή από το συν στο μείον, δηλ. το ρεύμα φορτίου είναι ίσο με το ρεύμα μέσα στην πηγή.

Εάν υπάρχει τάση Ε στους πόλους της πηγής, τότε μπορεί να προσδιοριστεί με τον τύπο E = IR + Ir. Από εδώ μπορείτε να υπολογίσετε τόσο την εσωτερική όσο και την εξωτερική αντίσταση.