Hambatan listrik dan konduktivitas listrik. Ensiklopedia bagus tentang minyak dan gas

Presentasi dengan topik "Perhitungan hambatan suatu penghantar" dalam fisika dalam format powerpoint. Tujuan dari presentasi untuk anak sekolah kelas 8 ini adalah untuk mengajarkan siswa mengukur hambatan suatu penghantar, menetapkan ketergantungan hambatan suatu penghantar pada panjangnya, luas penampang dan bahan pembuatnya. Penulis presentasi: Nakhusheva Marita Mukhamedovna, guru fisika.

Fragmen dari presentasi

Sains dimulai segera setelah mereka mulai mengukur. Ilmu eksakta tidak terpikirkan tanpa ukuran. D.I.Mendeleev

Metode untuk mengukur resistansi konduktor

pengukur kecepatan otomatis.
Metode voltmeter dan amperemeter

Tugas 1. Ketergantungan resistansi konduktor pada panjangnya.

Kami merakit sirkuit 3, menghubungkan kabel nichrome (terminal 1, 2) ke sumber arus dan ammeter. Dengan mengubah panjang konduktor, amati perubahan kekuatan arus.

Kesimpulan 1.

Saat mengurangi panjang kawat nikrom Arus bertambah, dan seiring bertambahnya panjang, arus berkurang.
Oleh karena itu: untuk L ↓ ~ I ~ R↓ R ~ L

Tugas 2. Ketergantungan resistansi konduktor pada luas penampang.

Kita merakit rangkaian 3, pertama sambungkan satu kabel nichrome (terminal 1, 2) ke sumber arus dan ammeter, kemudian sambungkan dua kabel nichrome (terminal 1-3, 2-4) ke sumber arus dan ammeter. Amati perubahan kekuatan saat ini.

Kesimpulan 2.

Ketika luas penampang kawat nikrom berkurang, kekuatan arus berkurang, ketika luas penampang meningkat, kekuatan arus meningkat.
Oleh karena itu: ketika S ↓ ~ I ↓ ~ R R ~ 1/S

Tugas 3. Ketergantungan resistansi konduktor pada jenis zat.

Kita rakit rangkaian 3, pertama sambungkan kabel nichrome (terminal 1, 2) ke sumber arus dan amperemeter, lalu kabel baja(terminal 5, 6) terhubung ke sumber arus dan amperemeter. Amati perubahan kekuatan saat ini.

Kesimpulan 3.

Kuat arus pada penyambungan kawat nichrome lebih besar dibandingkan pada penyambungan kawat baja (besi).
Dengan menggunakan tabel, kami membandingkan resistivitas zat-zat ini.
Oleh karena itu: jika saya ~ R↓ ~ ρ↓ R ~ ρ

kesimpulan

Resistansi tergantung pada panjang konduktor; semakin panjang konduktor, semakin besar resistansinya.
Resistansi suatu konduktor tergantung pada luas penampang: daripada wilayah yang lebih kecil penampang konduktor, semakin besar resistansinya.
Hambatan suatu konduktor tergantung pada jenis zat (bahan) dari mana ia dibuat.
Ketergantungan resistansi pada dimensi geometris konduktor (panjang dan luas penampang) dan bahan pembuatnya pertama kali ditetapkan oleh Georg Ohm.
Ekspresi ini memungkinkan Anda menghitung panjang konduktor, penampang dan resistivitas konduktor.

Koneksi serial

Pada koneksi serial tiga konduktor, resistansi bertambah seiring bertambahnya panjang konduktor (R ~ L, L ~ R).

Koneksi paralel

Pada koneksi paralel Luas penampang konduktor bertambah, resistansi akan berkurang (pada S ↓ ~ R).

Tugas

Tugas. Tentukan hambatan kabel telegraf antara Yuzhno-Sakhalinsk dan Tomari jika jarak antar kota adalah 180 km dan kabelnya terbuat dari kawat besi dengan luas penampang 12 mm2
Tugas. Hitung hambatan kawat kontak tembaga yang digantungkan untuk menggerakkan motor trem jika panjang kawat 5 km dan luas penampang 0,65 cm2.
Tugas. Berapa panjang yang harus saya ambil? kawat tembaga luas penampang 0,5 mm2 sehingga hambatannya sama dengan 34 Ohm?
Tugas. Hitung hambatan suatu konduktor nikrom dengan panjang 5 m dan luas penampang 0,75 mm2.

Halaman 1

Kecanduan hambatan listrik konduktor dari dimensi geometrisnya adalah dengan bertambahnya panjang konduktor dan berkurangnya luas penampang, maka resistansinya meningkat.

Konverter peka suhu didasarkan pada ketergantungan hambatan listrik suatu konduktor (atau semikonduktor) pada suhu.

Termometer resistansi menggunakan ketergantungan resistansi listrik konduktor pada suhu. Termometer resistansi platina dan tembaga telah distandarisasi.

Konverter peka suhu didasarkan pada ketergantungan hambatan listrik suatu konduktor (atau semikonduktor) pada suhu.

Tindakan mereka didasarkan pada ketergantungan hambatan listrik konduktor pada suhu. Grafik resistensi terhadap suhu ditunjukkan pada Gambar. 2.16. Dalam prakteknya, ini adalah garis lurus. Nilai TKES pada tembaga lebih tinggi dibandingkan dengan platina, oleh karena itu TCM lebih sensitif terhadap perubahan suhu, sehingga grafiknya semakin curam. Namun, batas atas pengukuran suhu untuk TSM adalah 200 C, dan untuk TSP - ditambah 1100 C. Batas bawah masing-masing adalah minus 200 dan minus 260 C.

Prinsip pengoperasian konverter didasarkan pada ketergantungan hambatan listrik konduktor atau semikonduktor pada suhu.

Karakteristik teknis dari termometer penunjuk tekanan.

Pengoperasian termometer ini didasarkan pada ketergantungan hambatan listrik suatu konduktor (kawat tipis) pada suhu. Termometer resistansi terdiri dari belitan kawat tipis pada rangka khusus yang terbuat dari bahan isolasi. Elemen penginderaan dibungkus dalam selongsong pelindung.

Sensor resistansi termal didasarkan pada ketergantungan resistansi listrik konduktor pada suhu. Ada dua cara untuk menggunakan RTD sebagai sensor. Pada metode pertama, suhu resistansi termal ditentukan oleh suhu lingkungan, karena arus yang mengalir melalui benang tahanan termal dipilih cukup kecil sehingga panas yang dihasilkan tidak mempengaruhi suhu tahanan termal. Metode ini digunakan pada sensor suhu.

Sensor resistansi termal didasarkan pada ketergantungan resistansi listrik konduktor pada suhu. Ada dua cara untuk menggunakan sensor ketahanan termal. Pada metode pertama, suhu resistansi termal ditentukan oleh suhu lingkungan, karena arus yang mengalir melalui resistansi termal dipilih cukup kecil sehingga panas yang dihasilkan tidak mempengaruhi suhu resistansi termal. Metode ini digunakan pada sensor suhu.

Transduser peka regangan (kawat) didasarkan pada ketergantungan hambatan listrik konduktor pada tekanan mekanis yang ditimbulkan di dalamnya.

Untuk ada di penjelajah arus searah, yaitu pergerakan elektron dengan kecepatan tetap gaya eksternal ($F$) harus bekerja terus menerus, sama dengan:

di mana $q_e$ adalah muatan elektron. Oleh karena itu, elektron dalam konduktor bergerak dengan gesekan. Atau ada yang mengatakan bahwa konduktor mempunyai hambatan listrik (R). Hambatan listrik berbeda untuk konduktor yang berbeda dan mungkin bergantung pada bahan dari mana konduktor dibuat dan dimensi geometrisnya.

Hukum Ohm dapat digunakan untuk mengukur hambatan. Untuk melakukan ini, ukur tegangan di ujung konduktor dan arus yang mengalir melalui konduktor, gunakan hukum Ohm untuk konduktor homogen, dan hitung resistansinya:

Ketergantungan resistensi pada dimensi geometris dan bahan konduktor

Jika kita melakukan serangkaian percobaan untuk mengukur resistansi suatu konduktor homogen dengan penampang konstan, tetapi panjang yang berbeda($l$), maka hambatan listriknya adalah panjang ($R\sim l$).

Kita lakukan percobaan berikut untuk sebuah konduktor homogen, bahan yang sama, panjang yang sama, tetapi penampang yang berbeda, maka kita menemukan bahwa hambatannya berbanding terbalik dengan luas penampang ($R\sim \frac(1) (S)$).

Dan percobaan ketiga, untuk mempelajari hambatan listrik suatu penghantar, dilakukan dengan penghantar dari bahan yang berbeda, dengan panjang dan penampang yang sama. Hasil: hambatan juga tergantung pada bahan penghantar. Semua hasil yang diperoleh dinyatakan dengan rumus menghitung hambatan berikut:

dimana $\rho$ adalah resistivitas material.

Resistansi bagian rangkaian antara bagian 1 dan 2 ($R_(12)$) disebut integral:

Untuk konduktor silinder homogen (dalam hal resistivitas) ($\rho =const,S=const\ $) resistansi dihitung menggunakan rumus (3).

Satuan dasar resistansi dalam SI adalah Ohm. $1Ohm=\frac(1V)(1A).$

Resistivitas

Resistivitas suatu bahan sama dengan zat tertentu, tinggi 1 m dan luas penampang $1 m^2$.

Dalam SI, satuan dasar resistivitas adalah $Ω\cdot m$.

Resistivitas suatu zat bergantung pada suhu. Untuk konduktor, ketergantungan ini kira-kira dapat dinyatakan dengan rumus:

dimana $(\rho )_0$ adalah resistivitas konduktor pada suhu 00C, $t$ dalam derajat Celsius, $\alpha $ adalah koefisien resistansi suhu. Untuk jumlah besar logam pada suhu dalam kisaran $0(\rm()^\circ\!C)\le t\le 100(\rm()^\circ\!C),$ $3.3\cdot (10)^(-3 ) \le \alpha \le 6.2\cdot (10)^(-3)\frac(1)(K)$.

Koefisien resistansi suhu dari zat ini didefinisikan sebagai:

$\alpha $ memberikan peningkatan resistensi relatif dengan peningkatan suhu sebesar satu derajat. Artinya, berdasarkan (6), kita memperoleh ketergantungan resistivitas nonlinier pada suhu, tetapi $\alpha $ tidak banyak berubah dengan meningkatnya (penurunan) suhu, dan nonlinier ini tidak diperhitungkan dalam banyak kasus. Untuk logam $\alpha >0,\ $untuk $\alpha

Ketergantungan resistivitas pada suhu dijelaskan oleh ketergantungan jalur bebas rata-rata pembawa muatan pada suhu. Properti ini digunakan dalam berbagai jenis alat pengukur Dan perangkat otomatis.

Konduktivitas listrik spesifik suatu zat

Kebalikan dari resistivitas disebut konduktivitas listrik ($\sigma$):

Dalam sistem SI, satuan dasar konduktivitas listrik adalah 1 $\frac(Siemens)(m)$ ($\frac(S)(m)$). Nilai $\sigma $ mencirikan kemampuan suatu zat untuk menghantarkan listrik listrik. Konduktivitas listrik bergantung pada sifat kimia suatu zat dan kondisi (misalnya suhu) di mana zat tersebut berada. Jika kita melihat dari persamaan (4) bahwa $\rho \sim t$, maka, oleh karena itu, $\sigma \sim \frac(1)(t).\ $Perlu dicatat bahwa ketika suhu rendah ketergantungan ini dilanggar. Fenomena superkonduktivitas diamati. Pada $T\to 0,\$ logam yang benar-benar murni dengan idealnya teratur kisi kristal pada nol mutlak resistivitas harus sama dengan nol, oleh karena itu konduktivitasnya tidak terbatas.

Contoh 1

Tugas: Hitung resistansi konduktor (R), jika di salah satu ujungnya dipertahankan pada suhu $t_1$, di ujung lainnya $t_2$. Gradien suhu sepanjang sumbu konduktor adalah konstan. Resistansi konduktor ini pada suhu 00C sama dengan $R_0$.

Berdasarkan keteguhan gradien suhu sepanjang sumbu konduktor, kita tuliskan bahwa:

\[\frac(dt)(dx)=k\ \kiri(1.1\kanan),\]

dimana $k=const.$ Oleh karena itu, kita dapat menemukan hukum perubahan suhu ketika bergerak sepanjang konduktor, yaitu t(x). Untuk melakukan ini, kita menyatakan $dt$, kita mendapatkan:

Mari kita cari integral dari (1.2), kita peroleh:

Mari kita letakkan titik asal pada titik yang berimpit dengan ujung penghantar yang bersuhu $t_1$. Kemudian, dengan menggunakan (1.3), kita substitusikan x=0 dan cari konstanta C:

Di ujung yang lain, suhu konduktor sama dengan $t_2, mari kita substitusikan ke (1.3), perhatikan (1.4) $x=l$, di mana $l$ adalah panjang konduktor, kita peroleh:

Untuk menghitung resistansi kita menggunakan rumus:

dimana $\rho =(\rho )_0\kiri(1+\alpha t\kanan)$. Mari kita hitung integralnya:

Alih-alih k dalam ekspresi (1.7), kita substitusikan apa yang kita dapatkan ke (1.5), kita mendapatkan: \

dimana $(\rho )_m$ adalah kepadatan massa konduktor. Mari kita nyatakan panjang batang dari (2.2), kita peroleh:

Kami menemukan luas penampang konduktor sesuai dengan rumus:

Substitusikan (2.3) dan (2.4) ke dalam (2.1) kita peroleh:

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