Електрическо съпротивление и електропроводимост. Голяма енциклопедия на нефта и газа

Презентация на тема "Изчисляване на съпротивлението на проводника" по физика във формат powerpoint. Целта на тази презентация за ученици от 8 клас е да научи учениците да измерват съпротивлението на проводниците, да установят зависимостта на съпротивлението на проводника от неговата дължина, площ на напречното сечение и веществото, от което е направен. Автор на презентацията: Нахушева Марита Мухамедовна, учител по физика.

Фрагменти от презентацията

Науката започва веднага щом започнат да измерват. Точна науканемислимо без мярка. Д.И.Менделеев

Методи за измерване на съпротивление на проводници

Avommeter.
Волтметър и амперметър

Задача 1. Зависимост на съпротивлението на проводника от дължината.

Сглобяваме верига 3, свързваме нихромния проводник (клеми 1, 2) към източник на ток и амперметър. Променяйки дължината на проводника, наблюдавайте промяната в силата на тока.

Заключение 1.

При намаляване на дължината нихромна телТокът се увеличава и с увеличаване на дължината токът намалява.
Следователно: за L ↓ ~ I ~ R↓ R ~ L

Задача 2. Зависимост на съпротивлението на проводника от площта на напречното сечение.

Сглобяваме верига 3, първо свързваме един нихромов проводник (клеми 1, 2) към източник на ток и амперметър, след което свързваме два нихромни проводника (клеми 1-3, 2-4) към източник на ток и амперметър. Наблюдавайте промяната в силата на тока.

Заключение 2.

Когато площта на напречното сечение на нихромовата тел намалява, силата на тока намалява; когато площта на напречното сечение се увеличи, силата на тока се увеличава.
Следователно: когато S ↓ ~ I ↓ ~ R R ~ 1/S

Задача 3. Зависимост на съпротивлението на проводника от вида на веществото.

Сглобяваме верига 3, първо свързваме нихромния проводник (клеми 1, 2) към източник на ток и амперметър, след това метална жица(клеми 5, 6) свържете към източник на ток и амперметър. Наблюдавайте промяната в силата на тока.

Заключение 3.

Силата на тока при свързване на нихромова тел е по-голяма, отколкото при свързване на стоманена (желязна) тел.
Използвайки таблицата, сравняваме съпротивленията на тези вещества.
Следователно: ако I ~ R↓ ~ ρ↓ R ~ ρ

заключения

Съпротивлението зависи от дължината на проводника; колкото по-дълъг е проводникът, толкова по-голямо е неговото съпротивление.
Съпротивлението на проводника зависи от площта на напречното сечение: отколкото по-малка площнапречното сечение на проводника, толкова по-голямо е съпротивлението.
Съпротивлението на проводника зависи от вида на веществото (материала), от което е направен.
Зависимостта на съпротивлението от геометричните размери на проводника (дължина и площ на напречното сечение) и веществото, от което е направен, е установена за първи път от Георг Ом.
Този израз ви позволява да изчислите дължината на проводника, напречното сечение и съпротивлението на проводника.

Серийна връзка

При серийна връзкатри проводника, съпротивлението се увеличава с увеличаване на дължината на проводника (R ~ L, L ~ R).

Паралелна връзка

При паралелна връзкаПлощта на напречното сечение на проводника се увеличава, съпротивлението ще намалее (при S ↓ ~ R).

Задача

Задача. Определете съпротивлението на телеграфния проводник между Южно-Сахалинск и Томари, ако разстоянието между градовете е 180 km и проводниците са направени от желязна тел с напречно сечение 12 mm2
Задача. Изчислете съпротивлението на меден контактен проводник, окачен за захранване на трамваен двигател, ако дължината на проводника е 5 km и площта на напречното сечение е 0,65 cm2.
Задача. Каква дължина трябва да взема? Меден проводникплощ на напречното сечение 0,5 mm2, така че съпротивлението му да е равно на 34 Ohms?
Задача. Изчислете съпротивлението на нихромов проводник с дължина 5 m и площ на напречното сечение 0,75 mm2.

Страница 1

Пристрастяване електрическо съпротивлениепроводници от техните геометрични размери е, че с увеличаване на дължината на проводника и намаляване на площта на напречното сечение, съпротивлението нараства.

Чувствителните към температура преобразуватели се основават на зависимостта на електрическото съпротивление на проводник (или полупроводник) от температурата.

Съпротивителните термометри използват зависимостта на електрическото съпротивление на проводниците от температурата. Платинените и медните съпротивителни термометри са стандартизирани.

Тяхното действие се основава на зависимостта на електрическото съпротивление на проводниците от температурата. Графиките на тяхното съпротивление спрямо температурата са показани на фиг. 2.16. На практика това са прави линии. Стойността на TKES на медта е по-висока от тази на платината, следователно TCM е по-чувствителен към температурни промени, което обяснява по-голямата стръмност на графиката. Въпреки това, горната температурна граница на измерване за TSM е 200 C, а за TSP - плюс 1100 C. Долните граници са съответно минус 200 и минус 260 C.

Принципът на действие на преобразувателите се основава на зависимостта на електрическото съпротивление на проводници или полупроводници от температурата.

Принципът на работа на преобразувателите се основава на зависимостта на електрическото съпротивление на проводници или полупроводници от температурата.

Технически характеристики на показващи термометри за налягане.

Работата на тези термометри се основава на зависимостта на електрическото съпротивление на проводник (тънък проводник) от температурата. Съпротивителният термометър се състои от намотка, изработена от тънка тел върху специална рамка, изработена от изолационен материал. Чувствителният елемент е затворен в защитна втулка.

Сензорите за термично съпротивление се основават на зависимостта на електрическото съпротивление на проводниците от температурата. Има два начина за използване на RTD като сензори. При първия метод температурата на термичното съпротивление се определя от температурата заобикаляща среда, тъй като токът, протичащ през нишката на термично съпротивление, е избран достатъчно малък, така че топлината, генерирана от него, да не влияе на температурата на термичното съпротивление. Този метод се използва в температурни сензори.

Сензорите за термично съпротивление се основават на зависимостта на електрическото съпротивление на проводниците от температурата. Има два начина за използване на сензори за термично съпротивление. При първия метод температурата на термичното съпротивление се определя от температурата на околната среда, тъй като токът, протичащ през термичното съпротивление, е избран достатъчно малък, така че топлината, която генерира, да не влияе на температурата на термичното съпротивление. Този метод се използва в температурни сензори.

Чувствителните към деформация (телни) преобразуватели се основават на зависимостта на електрическото съпротивление на проводника от причиненото в него механично напрежение.

Да съществува в експлорера постоянен ток, тоест движението на електрони с постоянна скоростнеобходимо е външна сила ($F$) да действа непрекъснато, равна на:

където $q_e$ е зарядът на електрона. Следователно електроните в проводника се движат с триене. Или пък казват, че проводниците имат електрическо съпротивление (R). Електрическото съпротивление е различно за различните проводници и може да зависи от материала, от който е направен проводникът, и от неговите геометрични размери.

Законът на Ом може да се използва за измерване на съпротивлението. За да направите това, измерете напрежението в краищата на проводника и тока, протичащ през проводника, използвайте закона на Ом за хомогенен проводник и изчислете съпротивлението:

Зависимост на съпротивлението от геометричните размери и материала на проводника

Ако проведем серия от експерименти за измерване на съпротивлението на хомогенен проводник с постоянно напречно сечение, но различни дължини($l$), тогава се оказва, че електрическото му съпротивление е дължина ($R\sim l$).

Провеждаме следните експерименти за хомогенен проводник, същия материал, същата дължина, но различни напречни сечения, след което откриваме, че съпротивлението е обратно пропорционално на площта на напречното сечение ($R\sim \frac(1) (S)$).

И третият експеримент, за изследване на електрическото съпротивление на проводниците, се провежда с проводници от различни материали, със същата дължина и сечение. Резултат: съпротивлението зависи и от материала на проводника. Всички получени резултати се изразяват със следната формула за изчисляване на съпротивлението:

където $\rho$ е съпротивлението на материала.

Съпротивлението на участъка на веригата между секции 1 и 2 ($R_(12)$) се нарича интеграл:

За хомогенен (по съпротивление) цилиндричен проводник ($\rho =const,S=const\ $) съпротивлението се изчислява по формула (3).

Основната единица SI за съпротивление е ом. $1Ohm=\frac(1V)(1A).$

Съпротивление

Съпротивлението на даден материал е равно на това на конкретно вещество с височина 1 m и площ на напречното сечение $1 m^2$.

В SI основната единица за съпротивление е $Ω\cdot m$.

Съпротивлението на веществата зависи от температурата. За проводниците тази зависимост може да бъде приблизително изразена с формулата:

където $(\rho )_0$ е съпротивлението на проводника при температура от 00C, $t$ в градуси по Целзий, $\alpha $ е температурният коефициент на съпротивление. За голямо количествометали при температури в диапазона $0(\rm()^\circ\!C)\le t\le 100(\rm()^\circ\!C),$ $3.3\cdot (10)^(-3 ) \le \alpha \le 6.2\cdot (10)^(-3)\frac(1)(K)$.

Температурен коефициент на съпротивление от това веществодефиниран като:

$\alpha $ дава относително увеличение на съпротивлението с повишаване на температурата с един градус. Тоест въз основа на (6) получаваме нелинейна зависимост на съпротивлението от температурата, но $\alpha $ не се променя толкова много с повишаване (намаляване) на температурата и тази нелинейност не се взема предвид в повечето случаи. За метали $\alpha >0,\ $за $\alpha

Зависимостта на съпротивлението от температурата се обяснява със зависимостта на средния свободен път на носител на заряд от температурата. Това свойство се използва в различни видове измервателни уредиИ автоматични устройства.

Специфична електрическа проводимост на вещество

Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича електрическа проводимост ($\sigma$):

В системата SI основната единица за електропроводимост е 1 $\frac(Siemens)(m)$ ($\frac(S)(m)$). Стойността $\sigma $ характеризира способността на веществото да провежда електричество. Електрическата проводимост зависи от химическата природа на веществото и условията (например температура), при които се намира това вещество. Ако видяхме от уравнение (4), че $\rho \sim t$, тогава, следователно, $\sigma \sim \frac(1)(t).\ $Трябва да се отбележи, че когато ниски температуритези зависимости са нарушени. Наблюдава се явлението свръхпроводимост. При $T\до 0,\$ абсолютно чист метал с идеална регулярност кристална решеткапри абсолютна нула съпротивлениетрябва да бъде равна на нула, съответно проводимостта е безкрайна.

Пример 1

Задача: Изчислете съпротивлението на проводника (R), ако в единия край се поддържа температура $t_1$, а в другия $t_2$. Температурният градиент по оста на проводника е постоянен. Съпротивлението на този проводник при температура 00C е равно на $R_0$.

Въз основа на постоянството на температурния градиент по оста на проводника пишем, че:

\[\frac(dt)(dx)=k\ \left(1.1\right),\]

където $k=const.$ Следователно можем да намерим закона за промяна на температурата при движение по протежение на проводника, т.е. t(x). За да направим това, изразяваме $dt$, получаваме:

Нека намерим интеграла на (1.2), получаваме:

Нека поставим началото на координатите в точката, която съвпада с края на проводника, който има температура $t_1$. След това, използвайки (1.3), заместваме x=0 и намираме константата C:

В другия край температурата на проводника е равна на $t_2, нека заместим в (1.3), вземем предвид (1.4) $x=l$, където $l$ е дължината на проводника, получаваме:

За изчисляване на съпротивлението използваме формулата:

където $\rho =(\rho )_0\left(1+\alpha t\right)$. Нека изчислим интеграла:

Вместо k в израз (1.7), заместваме полученото в (1.5), имаме: \

където $(\rho )_m$ е плътността на масата на проводника. Нека изразим дължината на пръта от (2.2), получаваме:

Намираме площта на напречното сечение на проводника в съответствие с формулата:

Замествайки (2.3) и (2.4) в (2.1), получаваме:

Отговор: $R=\frac(\rho )((\rho )_m)\frac(16m)((\pi )^2d^4).$