Električni otpor i električna provodljivost. Velika enciklopedija nafte i gasa

Prezentacija na temu "Proračun otpora provodnika" u fizici u powerpoint formatu. Svrha ove prezentacije za učenike 8. razreda je da nauči učenike da mjere otpor provodnika, da utvrde zavisnost otpora provodnika od njegove dužine, površine poprečnog presjeka i materije od koje je napravljen. Autor prezentacije: Nakhusheva Marita Mukhamedovna, nastavnica fizike.

Fragmenti iz prezentacije

Nauka počinje čim počnu mjeriti. Egzaktna nauka nezamislivo bez mere. D.I.Mendeleev

Metode mjerenja otpora provodnika

Avommetar.
Metoda voltmetra i ampermetra

Zadatak 1. Zavisnost otpora provodnika od dužine.

Sastavljamo krug 3, povezujemo nikrom žicu (terminale 1, 2) na izvor struje i ampermetar. Promjenom dužine provodnika promatrajte promjenu jačine struje.

Zaključak 1.

Prilikom smanjenja dužine nihrom žice Struja se povećava, a kako se dužina povećava, struja se smanjuje.
Prema tome: za L ↓ ~ I ~ R↓ R ~ L

Zadatak 2. Ovisnost otpora provodnika od površine poprečnog presjeka.

Sastavljamo strujni krug 3, prvo spojimo jednu nikrom žicu (priključke 1, 2) na izvor struje i ampermetar, zatim povezujemo dvije nikromske žice (priključke 1-3, 2-4) na izvor struje i ampermetar. Posmatrajte promjenu jačine struje.

Zaključak 2.

Kada se površina poprečnog presjeka nihrom žice smanjuje, jačina struje se smanjuje; kada se površina poprečnog presjeka povećava, jačina struje se povećava.
Prema tome: za S ↓ ~ I ↓ ~ R R ~ 1/S

Zadatak 3. Ovisnost otpora provodnika od vrste tvari.

Sastavljamo krug 3, prvo spojimo nihrom žicu (terminale 1, 2) na izvor struje i ampermetar, a zatim čelična žica(kleme 5, 6) spojite na izvor struje i ampermetar. Posmatrajte promjenu jačine struje.

Zaključak 3.

Jačina struje pri povezivanju nihrom žice je veća nego kod spajanja čelične (gvozdene) žice.
Koristeći tabelu, upoređujemo otpornosti ovih supstanci.
Prema tome: ako je I ~ R↓ ~ ρ↓ R ~ ρ

zaključci

Otpor zavisi od dužine provodnika; što je provodnik duži, to je veći njegov otpor.
Otpor provodnika ovisi o površini poprečnog presjeka: nego manja površina poprečni presjek vodiča, veći je otpor.
Otpor vodiča ovisi o vrsti tvari (materijala) od kojeg je napravljen.
Ovisnost otpora o geometrijskim dimenzijama vodiča (dužina i površina poprečnog presjeka) i tvari od koje je napravljen prvi je ustanovio Georg Ohm.
Ovaj izraz vam omogućava da izračunate dužinu vodiča, poprečni presjek i otpornost vodiča.

Serijska veza

At serijska veza tri provodnika, otpor raste kako se dužina provodnika povećava (R ~ L, L ~ R).

Paralelna veza

At paralelna veza Površina poprečnog presjeka vodiča se povećava, otpor će se smanjiti (na S ↓ ~ R).

Zadatak

Zadatak. Odredite otpor telegrafske žice između Južno-Sahalinska i Tomarija ako je udaljenost između gradova 180 km, a žice su napravljene od željezne žice s površinom poprečnog presjeka 12 mm2
Zadatak. Izračunajte otpor bakrene kontaktne žice obješene za pogon tramvajskog motora ako je dužina žice 5 km, a površina poprečnog presjeka 0,65 cm2.
Zadatak. Koju dužinu da uzmem? bakrene žice površina poprečnog presjeka 0,5 mm2 tako da je njegov otpor jednak 34 Ohma?
Zadatak. Izračunajte otpor nikromskog vodiča dužine 5 m i površine poprečnog presjeka od 0,75 mm2.

Stranica 1

Ovisnost električni otpor provodnika od njihovih geometrijskih dimenzija je da kako se dužina provodnika povećava i površina poprečnog presjeka smanjuje, otpor raste.

Pretvarači osjetljivi na temperaturu temelje se na ovisnosti električnog otpora vodiča (ili poluvodiča) o temperaturi.

Otporni termometri koriste ovisnost električnog otpora vodiča o temperaturi. Platinasti i bakreni otporni termometri su standardizovani.

Pretvarači osjetljivi na temperaturu temelje se na ovisnosti električnog otpora vodiča (ili poluvodiča) o temperaturi.

Njihovo djelovanje temelji se na ovisnosti električnog otpora vodiča o temperaturi. Grafikoni njihovog otpora u zavisnosti od temperature prikazani su na Sl. 2.16. U praksi, to su prave linije. TKES vrijednost bakra je veća od platine, stoga je TCM osjetljiviji na promjene temperature, što objašnjava veću strminu grafikona. Međutim, gornja granica mjerenja temperature za TSM je 200 C, a za TSP - plus 1100 C. Donje granice su, respektivno, minus 200, odnosno minus 260 C.

Princip rada pretvarača zasniva se na zavisnosti električnog otpora vodiča ili poluprovodnika o temperaturi.

Tehničke karakteristike pokaznih termometara pritiska.

Rad ovih termometara zasniva se na zavisnosti električnog otpora provodnika (tanke žice) o temperaturi. Otporni termometar se sastoji od namota od tanke žice na posebnom okviru od izolacijski materijal. Osjetni element je zatvoren u zaštitnu navlaku.

Senzori toplinskog otpora temelje se na ovisnosti električnog otpora vodiča o temperaturi. Postoje dva načina da se RTD koriste kao senzori. U prvoj metodi, temperatura toplotnog otpora je određena temperaturom okruženje, budući da je struja koja teče kroz nit termičkog otpora odabrana dovoljno mala tako da toplina koju ona stvara ne utječe na temperaturu termičkog otpora. Ova metoda se koristi u senzorima temperature.

Senzori toplinskog otpora temelje se na ovisnosti električnog otpora vodiča o temperaturi. Postoje dva načina za korištenje senzora toplinskog otpora. U prvoj metodi, temperatura toplotnog otpora je određena temperaturom okoline, budući da je struja koja teče kroz toplotni otpor odabrana dovoljno mala da toplota koju stvara ne utiče na temperaturu toplotnog otpora. Ova metoda se koristi u senzorima temperature.

Pretvarači osjetljivi na naprezanje (žičani) temelje se na ovisnosti električnog otpora vodiča od mehaničkog naprezanja koji je u njemu uzrokovan.

Da postoji u istraživaču jednosmerna struja, odnosno kretanje elektrona sa konstantna brzina potrebno je da vanjska sila ($F$) djeluje neprekidno, jednaka:

gdje je $q_e$ naboj elektrona. Stoga se elektroni u provodniku kreću uz trenje. Ili kažu da provodnici imaju električni otpor (R). Električni otpor je različit za različite vodiče i može ovisiti o materijalu od kojeg je vodič napravljen i o njegovim geometrijskim dimenzijama.

Ohmov zakon se može koristiti za mjerenje otpora. Da biste to učinili, izmjerite napon na krajevima vodiča i struju koja teče kroz vodič, koristite Ohmov zakon za homogeni provodnik i izračunajte otpor:

Ovisnost otpora o geometrijskim dimenzijama i materijalu provodnika

Ako izvršimo niz eksperimenata za mjerenje otpora homogenog vodiča konstantnog poprečnog presjeka, ali različite dužine($l$), onda ispada da je njegov električni otpor dužina ($R\sim l$).

Izvodimo sljedeće eksperimente za homogen provodnik, isti materijal, iste dužine, ali različitih poprečnih presjeka, a zatim nalazimo da je otpor obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka ($R\sim \frac(1) (S)$).

I treći eksperiment, za proučavanje električnog otpora vodiča, provodi se s vodičima iz različitih materijala, iste dužine i poprečnog presjeka. Rezultat: otpor zavisi i od materijala provodnika. Svi dobijeni rezultati izraženi su sljedećom formulom za izračunavanje otpora:

gdje je $\rho$ otpornost materijala.

Otpor sekcije kola između sekcija 1 i 2 ($R_(12)$) naziva se integral:

Za homogeni (u smislu otpornosti) cilindrični vodič ($\rho =const,S=const\ $) otpor se izračunava pomoću formule (3).

Osnovna SI jedinica otpora je Ohm. $1Ohm=\frac(1V)(1A).$

Otpornost

Otpornost materijala jednaka je otpornosti određene tvari, visine 1 m i površine poprečnog presjeka od $1 m^2$.

U SI, osnovna jedinica otpornosti je $Ω\cdot m$.

Otpornost tvari ovisi o temperaturi. Za provodnike, ova zavisnost se može približno izraziti formulom:

gdje je $(\rho )_0$ otpornost provodnika na temperaturi od 00C, $t$ u stepenima Celzijusa, $\alpha $ temperaturni koeficijent otpora. Za velika količina metali na temperaturama u opsegu $0(\rm()^\circ\!C)\le t\le 100(\rm()^\circ\!C),$3,3\cdot (10)^(-3 ) \le \alpha \le 6.2\cdot (10)^(-3)\frac(1)(K)$.

Temperaturni koeficijent otpora ove supstance definirano kao:

$\alpha $ daje relativno povećanje otpora sa povećanjem temperature za jedan stepen. Odnosno, na osnovu (6), dobijamo nelinearnu zavisnost otpora od temperature, ali se $\alpha $ ne menja toliko sa porastom (smanjenjem) temperature i ova nelinearnost se u većini slučajeva ne uzima u obzir. Za metale $\alpha >0,\ $za $\alpha

Ovisnost otpornosti od temperature objašnjava se ovisnošću prosječne slobodne putanje nosioca naboja o temperaturi. Ovo svojstvo se koristi u raznim vrstama merni instrumenti I automatski uređaji.

Specifična električna provodljivost supstance

Recipročna vrijednost otpornosti naziva se električna provodljivost ($\sigma$):

U SI sistemu, osnovna jedinica električne provodljivosti je 1 $\frac(Siemens)(m)$ ($\frac(S)(m)$). Vrijednost $\sigma $ karakterizira sposobnost tvari da provodi struja. Električna provodljivost zavisi od hemijske prirode supstance i uslova (na primer, temperature) pod kojima se ova supstanca nalazi. Ako smo iz jednačine (4) vidjeli da je $\rho \sim t$, onda je, dakle, $\sigma \sim \frac(1)(t).\ $Treba napomenuti da kada niske temperature ove zavisnosti su narušene. Uočen je fenomen supravodljivosti. Na $T\to 0,\$ apsolutno čist metal sa idealno pravilnim kristalna rešetka na apsolutnoj nuli otpornost mora biti jednaka nuli, shodno tome, provodljivost je beskonačna.

Primjer 1

Zadatak: Izračunajte otpor provodnika (R), ako se na jednom kraju održava na temperaturi od $t_1$, a na drugom $t_2$. Temperaturni gradijent duž ose provodnika je konstantan. Otpor ovog provodnika na temperaturi od 00C je jednak $R_0$.

Na osnovu konstantnosti gradijenta temperature duž ose provodnika, pišemo:

\[\frac(dt)(dx)=k\ \lijevo(1.1\desno),\]

gdje je $k=const.$ Dakle, možemo pronaći zakon promjene temperature pri kretanju duž provodnika, odnosno t(x). Da bismo to uradili, izražavamo $dt$, dobijamo:

Nađimo integral (1.2) i dobijamo:

Postavimo početak koordinata u tačku koja se poklapa sa krajem provodnika, koji ima temperaturu od $t_1$. Zatim, koristeći (1.3), zamjenjujemo x=0 i nalazimo konstantu C:

Na drugom kraju, temperatura provodnika je jednaka $t_2, zamijenimo u (1.3), uzmimo u obzir (1.4) $x=l$, gdje je $l$ dužina provodnika, dobijamo:

Za izračunavanje otpora koristimo formulu:

gdje je $\rho =(\rho )_0\left(1+\alpha t\right)$. Izračunajmo integral:

Umjesto k u izrazu (1.7), zamjenjujemo ono što smo dobili u (1.5), imamo: \

gdje je $(\rho )_m$ gustina mase provodnika. Izrazimo dužinu štapa iz (2.2), dobijamo:

Pronalazimo površinu poprečnog presjeka vodiča u skladu s formulom:

Zamjenom (2.3) i (2.4) u (2.1) dobijamo:

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