Električna struja I u bilo kojoj tvari nastaje kretanjem nabijenih čestica u određenom smjeru zbog primjene vanjske energije (potencijalna razlika U). Svaka tvar ima individualna svojstva koja različito utječu na prolaz struje u njoj. Ova svojstva se procjenjuju električnim otporom R.
Georg Ohm empirijski je odredio čimbenike koji utječu na električni otpor tvari i izveo ga iz napona i struje, što je po njemu nazvano. Po njemu je nazvana mjerna jedinica otpora u međunarodnom SI sustavu. 1 Ohm je vrijednost otpora izmjerena na temperaturi od 0 ° C za homogeni živin stupac duljine 106,3 cm s površinom poprečnog presjeka od 1 mm 2.
Definicija
Za procjenu i primjenu materijala za izradu električnih uređaja, pojam "otpornost vodiča". Dodani pridjev „specifičan” označava faktor korištenja referentne vrijednosti volumena usvojene za dotičnu tvar. To omogućuje procjenu električnih parametara različitih materijala.
Uzima se u obzir da otpor vodiča raste s povećanjem njegove duljine i smanjenjem presjeka. SI sustav koristi volumen homogenog vodiča duljine 1 metar i poprečnog presjeka 1 m 2. U tehničkim izračunima koristi se zastarjela, ali prikladna nesustavna jedinica volumena, koja se sastoji od duljine od 1 metra i površine od 1 mm 2. Formula za otpor ρ prikazana je na slici.
Za određivanje električnih svojstava tvari uvedena je još jedna karakteristika - specifična vodljivost b. Obrnuto je proporcionalan vrijednosti otpora i određuje sposobnost materijala da provodi električnu struju: b = 1/ρ.
Kako otpornost ovisi o temperaturi?
Na vodljivost materijala utječe njegova temperatura. Različite skupine tvari različito se ponašaju kada se zagrijavaju ili hlade. Ovo se svojstvo uzima u obzir kod električnih žica koje rade na otvorenom po vrućem i hladnom vremenu.
Materijal i otpornost žice odabiru se uzimajući u obzir radne uvjete.
Povećanje otpora vodiča prolazu struje pri zagrijavanju objašnjava se činjenicom da se s povećanjem temperature metala povećava intenzitet kretanja atoma i nositelja električnog naboja u njemu u svim smjerovima, što stvara nepotrebne prepreke kretanje nabijenih čestica u jednom smjeru i smanjuje količinu njihova protoka.
Ako smanjite temperaturu metala, poboljšavaju se uvjeti za prolaz struje. Kada se ohlade na kritičnu temperaturu, mnogi metali pokazuju fenomen supravodljivosti, kada je njihov električni otpor praktički jednak nuli. Ovo se svojstvo naširoko koristi u snažnim elektromagnetima.
Utjecaj temperature na vodljivost metala koristi se u elektroindustriji u proizvodnji običnih žarulja sa žarnom niti. Kada struja prolazi kroz njih, zagrijava se do takvog stanja da emitira svjetlosni tok. Pod normalnim uvjetima, otpor nikroma je oko 1,05÷1,4 (ohm ∙mm 2)/m.
Kada se žarulja upali, kroz žarnu nit prolazi velika struja koja vrlo brzo zagrijava metal. Istodobno se povećava otpor električnog kruga, ograničavajući početnu struju na nominalnu vrijednost potrebnu za dobivanje osvjetljenja. Na ovaj način se jakost struje lako regulira kroz nikrom spiralu, čime se eliminira potreba za korištenjem složenih prigušnica koje se koriste u LED i fluorescentnim izvorima.
Kako je otpornost materijala koji se koriste u tehnologiji?
Plemeniti metali koji ne sadrže željezo imaju bolja svojstva električne vodljivosti. Stoga su kritični kontakti u električnim uređajima izrađeni od srebra. Ali to povećava konačnu cijenu cijelog proizvoda. Najprihvatljivija opcija je korištenje jeftinijih metala. Na primjer, otpornost bakra jednaka 0,0175 (ohm ∙mm 2)/m sasvim je prikladna za takve svrhe.
Plemeniti metali- zlato, srebro, platina, paladij, iridij, rodij, rutenij i osmij, nazvani uglavnom zbog svoje visoke kemijske otpornosti i lijepog izgleda u nakitu. Osim toga, zlato, srebro i platina imaju visoku duktilnost, a metali platinske skupine imaju vatrostalnost i, poput zlata, kemijsku inertnost. Ove prednosti plemenitih metala su spojene.
Bakrene legure, koje imaju dobru vodljivost, koriste se za izradu šantova koji ograničavaju protok velikih struja kroz mjernu glavu ampermetara velike snage.
Otpor aluminija 0,026÷0,029 (ohm ∙mm 2)/m nešto je veći od otpora bakra, ali su proizvodnja i cijena ovog metala niži. Osim toga, lakši je. To objašnjava njegovu široku upotrebu u energetskom sektoru za proizvodnju vanjskih žica i kabelskih jezgri.
Otpor željeza od 0,13 (ohm ∙mm 2)/m također dopušta njegovu upotrebu za prijenos električne struje, ali to rezultira većim gubicima snage. Čelične legure imaju povećanu čvrstoću. Stoga su čelične niti utkane u aluminijske nadzemne žice visokonaponskih dalekovoda, koje su projektirane da izdrže vlačna opterećenja.
To je osobito istinito kada se na žicama stvara led ili jaki udari vjetra.
Neke legure, na primjer, konstantin i nikal, imaju toplinski stabilne otporne karakteristike u određenom rasponu. Električni otpor nikla ostaje gotovo nepromijenjen od 0 do 100 stupnjeva Celzijusa. Stoga se spirale za reostate izrađuju od nikla.
Svojstvo striktne promjene vrijednosti otpora platine ovisno o njezinoj temperaturi naširoko se koristi u mjernim instrumentima. Ako se električna struja iz stabiliziranog izvora napona propusti kroz platinasti vodič i izračuna se vrijednost otpora, to će pokazati temperaturu platine. To omogućuje stupnjevanje ljestvice u stupnjevima koji odgovaraju ohmskim vrijednostima. Ova metoda omogućuje vam mjerenje temperature s točnošću od frakcija stupnjeva.
Ponekad za rješavanje praktičnih problema morate znati impedancija kabela ili specifični otpor. U tu svrhu referentne knjige za kabelske proizvode daju vrijednosti induktivnog i aktivnog otpora jedne jezgre za svaku vrijednost presjeka. Uz njihovu pomoć izračunavaju se dopuštena opterećenja i proizvedena toplina, određuju prihvatljivi radni uvjeti i odabire učinkovita zaštita.
Na vodljivost metala utječe način njihove obrade. Korištenje pritiska za plastičnu deformaciju remeti strukturu kristalne rešetke, povećava broj defekata i povećava otpornost. Da bi se to smanjilo, koristi se rekristalizacijsko žarenje.
Istezanje ili sabijanje metala uzrokuje elastičnu deformaciju u njima, od čega se smanjuju amplitude toplinskih vibracija elektrona i otpor se nešto smanjuje.
Pri projektiranju sustava uzemljenja potrebno je uzeti u obzir. Po definiciji se razlikuje od gornje metode i mjeri se u SI jedinicama - Ohm∙metru. Koristi se za procjenu kvalitete protoka električne struje unutar zemlje.
Na vodljivost tla utječu mnogi čimbenici, uključujući vlažnost tla, gustoću, veličinu čestica, temperaturu i koncentraciju soli, kiselina i lužina.
Električni otpor(resistivity) - fizikalna veličina koja karakterizira sposobnost materijala da spriječi prolaz električne struje, izražena u Ohm m. Električni otpor obično se označava grčkim slovom ρ. Vrijednost električnog otpora ovisi o temperaturi u različitim materijalima na različite načine: u vodičima električni otpor raste s porastom temperature, au poluvodičima i dielektricima, naprotiv, opada. Vrijednost koja uzima u obzir promjenu električnog otpora od temperature naziva se temperaturni koeficijent otpora. Recipročna vrijednost otpora naziva se specifična vodljivost (električna vodljivost). Za razliku od električnog otpora koji je svojstvo dirigent a ovisno o materijalu, obliku i veličini, električni otpor je samo svojstvo tvari.
| Električni otpor | |
|---|---|
| ρ (\displaystyle \rho ) | |
| Dimenzija |
SI:L 3 MT -3 I -2 GHS:T |
| Jedinice | |
| SI | Ohm m |
| GHS | S |
Električni otpor homogenog vodiča s otporom ρ, duljina l i površina presjeka S može se izračunati pomoću formule R = ρ ⋅ l S (\displaystyle R=(\frac (\rho \cdot l)(S)))(pretpostavlja se da se ni površina ni oblik presjeka ne mijenjaju duž vodiča). Prema tome, za ρ imamo ρ = R ⋅ S l . (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)).)
Iz posljednje formule slijedi: fizikalno značenje otpora tvari je da predstavlja otpor homogenog vodiča jedinične duljine i jedinične površine poprečnog presjeka izrađenog od te tvari.
Jedinice
Jedinica otpora u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) je Ohm · . Iz relacije ρ = R ⋅ S l (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l))) Iz toga slijedi da je mjerna jedinica otpora u SI sustavu jednaka otporu tvari pri kojoj homogeni vodič duljine 1 m s površinom poprečnog presjeka od 1 m², izrađen od te tvari, ima otpor jednak na 1 Ohm. Prema tome, otpor proizvoljne tvari, izražen u SI jedinicama, brojčano je jednak otporu dijela električnog kruga izrađenog od dane tvari duljine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 m².
U tehnologiji se također koristi zastarjela nesistemska jedinica Ohm mm²/m, jednaka 10 −6 od 1 Ohm m. Ova jedinica jednaka je otporu tvari pri kojoj homogeni vodič duljine 1 m s površinom poprečnog presjeka od 1 mm², izrađen od te tvari, ima otpor jednak 1 Ohm. Prema tome, otpornost tvari, izražena u ovim jedinicama, brojčano je jednaka otporu dijela električnog kruga napravljenog od te tvari, duljine 1 m i površine poprečnog presjeka od 1 mm².
Ovisnost o temperaturi
U vodičima električni otpor raste s porastom temperature. To se objašnjava činjenicom da se s povećanjem temperature povećava intenzitet vibracija atoma u čvorovima kristalne rešetke vodiča, što otežava kretanje slobodnih elektrona.
U poluvodičima i dielektricima električni otpor se smanjuje. To se objašnjava činjenicom da se s povećanjem temperature povećava koncentracija glavnih nositelja naboja.
Vrijednost koja uzima u obzir promjenu električnog otpora s temperaturom naziva se temperaturni koeficijent otpora.
Generalizacija pojma otpora
Otpornost se također može odrediti za nejednolik materijal čija se svojstva razlikuju od točke do točke. U ovom slučaju ne radi se o konstanti, već o skalarnoj funkciji koordinata - koeficijentu koji povezuje jakost električnog polja E → (r →) (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))) i gustoća struje J → (r →) (\displaystyle (\vec (J))((\vec (r)))) u ovom trenutku r → (\displaystyle (\vec (r))). Ovaj odnos je izražen Ohmovim zakonom u diferencijalnom obliku:
E → (r →) = ρ (r →) J → (r →) . (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))=\rho ((\vec (r)))(\vec (J))((\vec (r))).)Ova formula vrijedi za heterogenu, ali izotropnu tvar. Tvar može biti i anizotropna (većina kristala, magnetizirana plazma itd.), odnosno njezina svojstva mogu ovisiti o smjeru. U ovom slučaju otpor je koordinatno ovisan tenzor drugog reda koji sadrži devet komponenti. U anizotropnoj tvari, vektori gustoće struje i jakosti električnog polja u svakoj danoj točki tvari nisu suusmjereni; veza među njima izražava se relacijom
E i (r →) = ∑ j = 1 3 ρ i j (r →) J j (r →) . (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).)U anizotropnoj, ali homogenoj tvari, tenzor ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) ne ovisi o koordinatama.
Tenzor ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) simetričan, odnosno za bilo koji ja (\displaystyle i) I j (\displaystyle j) izvedena ρ i j = ρ j i (\displaystyle \rho _(ij)=\rho _(ji)).
Što se tiče bilo kojeg simetričnog tenzora, za ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) možete odabrati ortogonalni sustav kartezijevih koordinata u kojem matrica ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) postaje dijagonala, odnosno poprima oblik u kojem od devet komponenti ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) Samo su tri različite od nule: ρ 11 (\displaystyle \rho _(11)), ρ 22 (\displaystyle \rho _(22)) I ρ 33 (\displaystyle \rho _(33)). U ovom slučaju, označavanje ρ i i (\displaystyle \rho _(ii)) kako umjesto prethodne formule dobivamo jednostavniju
E i = ρ i J i . (\displaystyle E_(i)=\rho _(i)J_(i).)Količine ρ i (\displaystyle \rho _(i)) nazvao glavne vrijednosti tenzor otpora.
Odnos prema vodljivosti
U izotropnim materijalima, odnos između otpora ρ (\displaystyle \rho ) i vodljivosti σ (\displaystyle \sigma ) izražena jednakošću
ρ = 1 σ. (\displaystyle \rho =(\frac (1)(\sigma )).)U slučaju anizotropnih materijala, odnos između komponenti tenzora otpora ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) a tenzor vodljivosti je složeniji. Doista, Ohmov zakon u diferencijalnom obliku za anizotropne materijale ima oblik:
J i (r →) = ∑ j = 1 3 σ i j (r →) E j (r →) . (\displaystyle J_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\sigma _(ij)((\vec (r)))E_(j)(( \vec (r))).)Iz ove jednakosti i prethodno date relacije za E i (r →) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))) slijedi da je tenzor otpora inverzan tenzoru vodljivosti. Uzimajući to u obzir, za komponente tenzora otpora vrijedi sljedeće:
ρ 11 = 1 det (σ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(11)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 22)\sigma _(33)-\sigma _(23)\sigma _(32)],) ρ 12 = 1 det (σ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(12)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 33)\sigma _(12)-\sigma _(13)\sigma _(32)],)Gdje det (σ) (\displaystyle \det(\sigma)) je determinanta matrice sastavljene od komponenti tenzora σ i j (\displaystyle \sigma _(ij)). Preostale komponente tenzora otpora dobivene su iz gornjih jednadžbi kao rezultat cikličkog preuređivanja indeksa 1 , 2 I 3
Kada se zatvori električni krug, na čijim stezaljkama postoji razlika potencijala, javlja se napon. Slobodni elektroni se pod utjecajem sila električnog polja gibaju po vodiču. U svom kretanju elektroni se sudaraju s atomima vodiča i daju im zalihu svoje kinetičke energije. Brzina gibanja elektrona neprestano se mijenja: pri sudaru elektrona s atomima, molekulama i drugim elektronima ona se smanjuje, zatim se pod utjecajem električnog polja povećava i ponovno smanjuje pri novom sudaru. Zbog toga se u vodiču uspostavlja ravnomjeran tok elektrona brzinom od nekoliko djelića centimetra u sekundi. Posljedično, elektroni koji prolaze kroz vodič uvijek nailaze na otpor svom kretanju s njegove strane. Kada električna struja prolazi kroz vodič, potonji se zagrijava.
Električni otpor
Električni otpor vodiča koji se označava latiničnim slovom r, je svojstvo tijela ili medija da pretvara električnu energiju u toplinsku energiju kada kroz njega prolazi električna struja.
U dijagramima je električni otpor prikazan kao što je prikazano na slici 1, A.
Promjenljivi električni otpor, koji služi za promjenu struje u krugu, naziva se reostat. U dijagramima su reostati označeni kao što je prikazano na slici 1, b. Općenito, reostat je izrađen od žice jednog ili drugog otpora, namotane na izolacijsku podlogu. Klizač ili poluga reostata postavljaju se u određeni položaj, uslijed čega se u strujni krug unosi potreban otpor.
Dugi vodič s malim poprečnim presjekom stvara veliki otpor struji. Kratki vodiči velikog poprečnog presjeka pružaju mali otpor struji.
Ako uzmete dva vodiča od različitih materijala, ali iste duljine i presjeka, tada će vodiči različito provoditi struju. To pokazuje da otpor vodiča ovisi o materijalu samog vodiča.
Temperatura vodiča također utječe na njegov otpor. S porastom temperature otpor metala raste, a otpor tekućina i ugljena opada. Samo neke specijalne metalne legure (manganin, konstantan, nikal i druge) jedva mijenjaju svoj otpor s porastom temperature.
Dakle, vidimo da električni otpor vodiča ovisi o: 1) duljini vodiča, 2) presjeku vodiča, 3) materijalu vodiča, 4) temperaturi vodiča.
Jedinica otpora je jedan ohm. Om se često predstavlja grčkim velikim slovom Ω (omega). Stoga, umjesto da napišete "Otpor vodiča je 15 ohma," možete jednostavno napisati: r= 15 Ω.
1000 ohma naziva se 1 kiloom(1kOhm ili 1kΩ),
1.000.000 ohma naziva se 1 megaom(1mOhm ili 1MΩ).
Pri usporedbi otpora vodiča od različitih materijala potrebno je za svaki uzorak uzeti određenu duljinu i presjek. Tada ćemo moći prosuditi koji materijal bolje ili lošije provodi električnu struju.
Video 1. Otpor vodiča
Električni otpor
Otpor u omima vodiča duljine 1 m, presjeka 1 mm² naziva se otpornost a označava se grčkim slovom ρ (ro).
Tablica 1 prikazuje otpore nekih vodiča.
stol 1
Otpori raznih vodiča
Tablica pokazuje da željezna žica duljine 1 m i poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor 0,13 Ohma. Da biste dobili 1 Ohm otpora, trebate uzeti 7,7 m takve žice. Srebro ima najmanji otpor. 1 Ohm otpora može se dobiti uzimanjem 62,5 m srebrne žice presjeka od 1 mm². Srebro je najbolji vodič, ali cijena srebra isključuje mogućnost njegove masovne upotrebe. Nakon srebra u tablici dolazi bakar: 1 m bakrene žice presjeka 1 mm² ima otpor 0,0175 Ohma. Da biste dobili otpor od 1 ohma, trebate uzeti 57 m takve žice.
Kemijski čisti bakar, dobiven rafinacijom, našao je široku primjenu u elektrotehnici za izradu žica, kabela, namota električnih strojeva i uređaja. Željezo se također naširoko koristi kao vodič.
Otpor vodiča može se odrediti formulom:
Gdje r– otpor vodiča u omima; ρ – specifični otpor vodiča; l– duljina vodiča u m; S– presjek vodiča u mm².
Primjer 1. Odredite otpor 200 m željezne žice presjeka 5 mm².
Primjer 2. Izračunajte otpor 2 km aluminijske žice presjeka 2,5 mm².
Iz formule za otpor možete lako odrediti duljinu, otpor i presjek vodiča.
Primjer 3. Za radio prijemnik potrebno je namotati otpornik od 30 Ohma od žice od nikla s presjekom od 0,21 mm². Odredite potrebnu duljinu žice.
Primjer 4. Odredite presjek 20 m nikrom žice ako je njezin otpor 25 Ohma.
Primjer 5.Žica presjeka 0,5 mm² i duljine 40 m ima otpor 16 Ohma. Odredite materijal žice.
Materijal vodiča karakterizira njegovu otpornost.
Prema tablici otpora nalazimo da ima takav otpor.
Gore je rečeno da otpor vodiča ovisi o temperaturi. Napravimo sljedeći pokus. Namotajmo nekoliko metara tanke metalne žice u obliku spirale i tu spiralu spojimo na strujni krug baterije. Za mjerenje struje u strujni krug spajamo ampermetar. Kad se zavojnica zagrije u plamenu plamenika, primijetit ćete da će se očitanja ampermetra smanjiti. To pokazuje da se otpor metalne žice povećava zagrijavanjem.
Za neke metale, kada se zagriju za 100 °, otpor se povećava za 40-50%. Postoje legure koje zagrijavanjem malo mijenjaju svoj otpor. Neke specijalne legure ne pokazuju praktički nikakve promjene u otporu pri promjenama temperature. Otpornost se povećava s povećanjem temperature; otpornost elektrolita (tekućih vodiča), ugljena i nekih krutih tvari, naprotiv, opada.
Sposobnost metala da mijenjaju svoj otpor s promjenama temperature koristi se za izradu otpornih termometara. Ovaj termometar je platinasta žica namotana na okvir od tinjca. Stavljanjem npr. termometra u peć i mjerenjem otpora platinske žice prije i poslije zagrijavanja može se odrediti temperatura u peći.
Promjena otpora vodiča pri zagrijavanju za 1 ohm početnog otpora i za 1° temperature naziva se temperaturni koeficijent otpora a označava se slovom α.
Ako je na temperaturi t 0 otpor vodiča je r 0 , a na temperaturi t jednaki r t, zatim temperaturni koeficijent otpora
Bilješka. Izračun pomoću ove formule može se provesti samo u određenom temperaturnom rasponu (do približno 200°C).
Predstavljamo vrijednosti temperaturnog koeficijenta otpora α za neke metale (tablica 2).
tablica 2
Vrijednosti temperaturnih koeficijenata za neke metale
Iz formule za temperaturni koeficijent otpora određujemo r t:
r t = r 0 .
Primjer 6. Odredite otpor željezne žice zagrijane na 200°C ako je njezin otpor pri 0°C bio 100 Ohma.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohma.
Primjer 7. Otporni termometar izrađen od platinske žice imao je otpor 20 ohma u prostoriji pri 15°C. Termometar je stavljen u pećnicu i nakon nekog vremena izmjeren mu je otpor. Ispostavilo se da je jednako 29,6 Ohma. Odredite temperaturu u pećnici.
Električna provodljivost
Do sada smo otpor vodiča smatrali zaprekom koju vodič čini električnoj struji. Ali ipak struja teče kroz vodič. Dakle, osim otpora (prepreke), vodič ima i sposobnost provođenja električne struje, odnosno vodljivost.
Što je veći otpor vodiča, manja je vodljivost, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je manji otpor vodiča, to je veća vodljivost, struja lakše prolazi kroz vodič. Stoga su otpor i vodljivost vodiča recipročne veličine.
Iz matematike je poznato da je inverz od 5 1/5 i, obrnuto, inverz od 1/7 je 7. Dakle, ako je otpor vodiča označen slovom r, tada je vodljivost definirana kao 1/ r. Vodljivost se obično označava slovom g.
Električna vodljivost se mjeri u (1/Ohm) ili u siemensima.
Primjer 8. Otpor vodiča je 20 ohma. Odredite njegovu vodljivost.
Ako r= 20 Ohma, dakle
Primjer 9. Vodljivost vodiča je 0,1 (1/Ohm). Odredite njegov otpor
Ako je g = 0,1 (1/Ohm), tada r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
Većina zakona fizike temelji se na eksperimentima. Imena eksperimentatora ovjekovječena su u naslovima ovih zakona. Jedan od njih bio je Georg Ohm.
Eksperimenti Georga Ohma
Tijekom pokusa o interakciji elektriciteta s različitim tvarima, uključujući metale, uspostavio je temeljni odnos između gustoće, jakosti električnog polja i svojstva tvari, koje je nazvano "specifična vodljivost". Formula koja odgovara ovom uzorku, nazvana "Ohmov zakon", je sljedeća:
j= λE , pri čemu
- j— gustoća električne struje;
- λ — specifična vodljivost, koja se naziva i "električna vodljivost";
- E – jakost električnog polja.
U nekim slučajevima, različito slovo grčke abecede koristi se za označavanje vodljivosti - σ . Specifična vodljivost ovisi o određenim parametrima tvari. Na njegovu vrijednost utječu temperatura, tvari, tlak, ako se radi o plinu, i što je najvažnije, struktura ove tvari. Ohmov zakon se poštuje samo za homogene tvari.
Za praktičnije izračune koristi se recipročna vrijednost specifične vodljivosti. Naziva se "otpornost", što je također povezano sa svojstvima tvari u kojoj teče električna struja, a označava se grčkim slovom ρ a ima dimenziju Ohm*m. Ali budući da se različita teorijska opravdanja primjenjuju na različite fizikalne pojave, mogu se koristiti alternativne formule za otpornost. Oni su odraz klasične elektroničke teorije metala, kao i kvantne teorije.
Formule
U ovim formulama, koje su zamorne za obične čitatelje, pojavljuju se faktori poput Boltzmannove konstante, Avogadrove konstante i Planckove konstante. Ove se konstante koriste za izračune koji uzimaju u obzir slobodni put elektrona u vodiču, njihovu brzinu tijekom toplinskog gibanja, stupanj ionizacije, koncentraciju i gustoću tvari. Ukratko, sve je prilično komplicirano za nespecijalistu. Da ne budemo neutemeljeni, u nastavku se možete upoznati kako sve zapravo izgleda:
Značajke metala
Budući da kretanje elektrona ovisi o homogenosti tvari, struja u metalnom vodiču teče sukladno njegovoj strukturi, što utječe na raspodjelu elektrona u vodiču, uzimajući u obzir njegovu heterogenost. Određuje se ne samo prisutnošću inkluzija nečistoća, već i fizičkim nedostacima - pukotinama, prazninama itd. Heterogenost vodiča povećava njegov otpor, koji je određen Matthiesenovim pravilom.
Ovo lako razumljivo pravilo u biti kaže da se u vodiču kroz koji teče struja može razlikovati nekoliko zasebnih otpora. A dobivena vrijednost bit će njihov zbroj. Komponente će biti otpornost metalne kristalne rešetke, nečistoće i defekti vodiča. Budući da ovaj parametar ovisi o prirodi tvari, definirani su odgovarajući zakoni za njegov izračun, uključujući i za miješane tvari.
Unatoč činjenici da su legure također metali, one se smatraju otopinama s kaotičnom strukturom, a za izračunavanje otpora važno je koji su metali uključeni u leguru. U osnovi, većina legura dviju komponenti koje ne spadaju u prijelazne metale, kao i metali rijetkih zemalja, potpadaju pod opis Nodheimovog zakona.
Otpor metalnih tankih slojeva razmatra se kao posebna tema. Sasvim je logično pretpostaviti da bi njegova vrijednost trebala biti veća od vrijednosti rasutog vodiča izrađenog od istog metala. No istodobno se za film uvodi posebna empirijska Fuchsova formula koja opisuje međuovisnost otpora i debljine filma. Ispostavilo se da metali u filmovima pokazuju svojstva poluvodiča.
A na proces prijenosa naboja utječu elektroni, koji se kreću u smjeru debljine filma i ometaju kretanje "uzdužnih" naboja. Istovremeno se reflektiraju od površine filmskog vodiča, pa jedan elektron dosta dugo oscilira između njegovih dviju površina. Drugi značajan faktor u povećanju otpora je temperatura vodiča. Što je viša temperatura, veći je otpor. Nasuprot tome, što je niža temperatura, manji je otpor.
Metali su tvari s najmanjim otporom na takozvanoj "sobnoj" temperaturi. Jedini nemetal koji opravdava svoju upotrebu kao vodiča je ugljik. Grafit, koji je jedna od njegovih vrsta, naširoko se koristi za izradu kliznih kontakata. Ima vrlo uspješnu kombinaciju svojstava kao što su otpornost i koeficijent trenja klizanja. Stoga je grafit neizostavan materijal za četke elektromotora i druge klizne kontakte. Vrijednosti otpora glavnih tvari koje se koriste u industrijske svrhe dane su u donjoj tablici.
Supravodljivost
Na temperaturama koje odgovaraju ukapljivanju plinova, odnosno do temperature tekućeg helija, koja je jednaka -273 stupnja Celzijusa, otpor se smanjuje gotovo do potpunog nestanka. I to ne samo dobri metalni vodiči kao što su srebro, bakar i aluminij. Gotovo svi metali. U takvim uvjetima, koji se nazivaju supravodljivost, struktura metala nema inhibicijski učinak na kretanje naboja pod utjecajem električnog polja. Stoga živa i većina metala postaju supravodiči.
No, kako se pokazalo, relativno nedavno, 80-ih godina 20. stoljeća, neke vrste keramike također su sposobne za supravodljivost. Štoviše, za to ne morate koristiti tekući helij. Takvi materijali nazvani su visokotemperaturni supravodiči. Međutim, već je prošlo nekoliko desetljeća, a raspon visokotemperaturnih vodiča značajno se proširio. Ali masovna uporaba takvih visokotemperaturnih supravodljivih elemenata nije primijećena. U nekim su zemljama napravljene pojedinačne instalacije uz zamjenu konvencionalnih bakrenih vodiča visokotemperaturnim supravodičima. Za održavanje normalnog režima visokotemperaturne supravodljivosti potreban je tekući dušik. I to se pokazalo kao preskupo tehničko rješenje.
Stoga niska vrijednost otpora koju je priroda dala bakru i aluminiju čini ih još uvijek nezamjenjivim materijalima za proizvodnju raznih električnih vodiča.
- električna veličina koja karakterizira svojstvo materijala da sprječava protok električne struje. Ovisno o vrsti materijala, otpor može težiti nuli - biti minimalan (milje/mikro oma - vodiči, metali) ili biti vrlo velik (giga oma - izolacija, dielektrici). Recipročna vrijednost električnog otpora je .
Jedinica električni otpor - Ohm. Označava se slovom R. Određuje se ovisnost otpora o struji u zatvorenom krugu.
Ohmmetar- uređaj za izravno mjerenje otpora kruga. Ovisno o rasponu izmjerene veličine, dijele se na gigaommetre (za velike otpore - kod mjerenja izolacije), i mikro/miliohmetre (za male otpore - kod mjerenja prijelaznih otpora kontakata, namota motora i sl.).
Postoji veliki izbor ohmmetara po dizajnu različitih proizvođača, od elektromehaničkih do mikroelektroničkih. Vrijedno je napomenuti da klasični ohmmetar mjeri aktivni dio otpora (tzv. ohme).
Svaki otpor (metalni ili poluvodički) u krugu izmjenične struje ima aktivnu i jalovu komponentu. Zbroj aktivnog i reaktivnog otpora je Impedancija AC kruga a izračunava se po formuli:
gdje je Z ukupni otpor kruga izmjenične struje;
R je aktivni otpor kruga izmjenične struje;
Xc je kapacitivna reaktancija kruga izmjenične struje; 
(C - kapacitet, w - kutna brzina izmjenične struje)
Xl je induktivna reaktancija kruga izmjenične struje; 
(L je induktivitet, w je kutna brzina izmjenične struje).
Aktivni otpor- ovo je dio ukupnog otpora električnog kruga, čija se energija potpuno pretvara u druge vrste energije (mehanička, kemijska, toplinska). Posebno svojstvo aktivne komponente je potpuni utrošak električne energije (ne vraća se energija u mrežu), a reaktancija vraća dio energije natrag u mrežu (negativno svojstvo jalove komponente).
Fizičko značenje aktivnog otpora
Svaka sredina u kojoj električni naboji prolaze stvara im prepreke na putu (vjeruje se da su to čvorovi kristalne rešetke), u koje oni kao da udaraju i gube svoju energiju koja se oslobađa u obliku topline.
Tako nastaje pad (gubitak električne energije) čiji se dio gubi zbog unutarnjeg otpora vodljivog medija.
Numerička vrijednost koja karakterizira sposobnost materijala da spriječi prolaz naboja naziva se otpor. Mjeri se u Ohmima (Ohm) i obrnuto je proporcionalna električnoj vodljivosti.
Različiti elementi Mendelejevljevog periodnog sustava imaju različite električne otpore (p), na primjer, najmanji. Srebro (0,016 Ohm*mm2/m), bakar (0,0175 Ohm*mm2/m), zlato (0,023) i aluminij (0,029) imaju otpor. Koriste se u industriji kao glavni materijali na kojima se gradi sva elektrotehnika i energija. Dielektrici, naprotiv, imaju visoku vrijednost udara. otpornost i koriste se za izolaciju.
Otpor vodljivog medija može značajno varirati ovisno o presjeku, temperaturi, veličini i frekvenciji struje. Osim toga, različiti okoliši imaju različite nositelje naboja (slobodni elektroni u metalima, ioni u elektrolitima, "rupe" u poluvodičima), koji su odlučujući faktori otpora.
Fizikalno značenje reaktancije
U zavojnicama i kondenzatorima, kada se primijeni, energija se akumulira u obliku magnetskog i električnog polja, za što je potrebno neko vrijeme.
Magnetska polja u mrežama izmjenične struje mijenjaju se prateći promjenu smjera kretanja naboja, pružajući pritom dodatni otpor.
Osim toga, dolazi do stabilnog faznog i strujnog pomaka, što dovodi do dodatnih gubitaka električne energije.
Otpornost
Kako možemo saznati otpor materijala ako kroz njega nema strujanja, a nemamo ohmmetar? Za to postoji posebna vrijednost - električni otpor materijala V
(ovo su tablične vrijednosti koje se određuju empirijski za većinu metala). Koristeći ovu vrijednost i fizičke količine materijala, možemo izračunati otpor pomoću formule:
Gdje, str— otpornost (jedinice ohm*m/mm2);
l—duljina vodiča (m);
S - presjek (mm 2).