Elektrisko strāvu I jebkurā vielā rada lādētu daļiņu kustība noteiktā virzienā ārējās enerģijas pielietojuma dēļ (potenciāla starpība U). Katrai vielai ir individuālas īpašības, kas atšķirīgi ietekmē strāvas pāreju tajā. Šīs īpašības novērtē ar elektrisko pretestību R.
Georgs Omas empīriski noteica vielas elektrisko pretestību ietekmējošos faktorus un atvasināja to no sprieguma un strāvas, kas nosaukts viņa vārdā. Viņa vārdā nosaukta pretestības mērvienība starptautiskajā SI sistēmā. 1 oms ir pretestības vērtība, kas mērīta 0 ° C temperatūrā viendabīgai dzīvsudraba kolonnai, kuras garums ir 106,3 cm ar šķērsgriezuma laukumu 1 mm 2.
Definīcija
Novērtēt un praksē izmantot materiālus elektrisko ierīču ražošanai, termins "vadītāja pretestība". Pievienotais īpašības vārds “specifisks” norāda uz koeficientu, kas izmantots attiecīgajai vielai pieņemtā atsauces tilpuma vērtība. Tas ļauj novērtēt dažādu materiālu elektriskos parametrus.
Tiek ņemts vērā, ka vadītāja pretestība palielinās, palielinoties tā garumam un samazinoties šķērsgriezumam. SI sistēmā tiek izmantots viendabīga vadītāja tilpums, kura garums ir 1 metrs un šķērsgriezums 1 m 2. Tehniskajos aprēķinos tiek izmantota novecojusi, bet ērta nesistēmas tilpuma vienība, kas sastāv no 1 metra garuma un 1 mm 2 laukuma. Pretestības ρ formula ir parādīta attēlā.
Lai noteiktu vielu elektriskās īpašības, tika ieviests vēl viens raksturlielums - īpatnējā vadītspēja b. Tas ir apgriezti proporcionāls pretestības vērtībai un nosaka materiāla spēju vadīt elektrisko strāvu: b = 1/ρ.
Kā pretestība ir atkarīga no temperatūras?
Materiāla vadītspēju ietekmē tā temperatūra. Dažādas vielu grupas karsējot vai atdzesējot uzvedas atšķirīgi. Šis īpašums tiek ņemts vērā elektriskajos vados, kas darbojas ārā karstā un aukstā laikā.
Stieples materiāls un pretestība tiek izvēlēta, ņemot vērā ekspluatācijas apstākļus.
Vadītāju pretestības palielināšanās strāvas pārejai karsējot ir izskaidrojama ar to, ka, paaugstinoties metāla temperatūrai, atomu un elektrisko lādiņnesēju kustības intensitāte tajā palielinās visos virzienos, kas rada nevajadzīgus šķēršļus. lādētu daļiņu kustība vienā virzienā un samazina to plūsmas apjomu.
Samazinot metāla temperatūru, uzlabojas strāvas pārejas apstākļi. Atdzesējot līdz kritiskai temperatūrai, daudziem metāliem ir supravadītspēja, kad to elektriskā pretestība ir praktiski nulle. Šo īpašību plaši izmanto jaudīgos elektromagnētos.
Temperatūras ietekmi uz metāla vadītspēju elektriskajā rūpniecībā izmanto parasto kvēlspuldžu ražošanā. Caur tiem izejot strāvai, tā uzsilst līdz tādam stāvoklim, ka izstaro gaismas plūsmu. Normālos apstākļos nihroma pretestība ir aptuveni 1,05÷1,4 (omi ∙mm 2)/m.
Kad spuldze ir ieslēgta, caur kvēldiegu iziet liela strāva, kas ļoti ātri uzsilda metālu. Tajā pašā laikā palielinās elektriskās ķēdes pretestība, ierobežojot sākotnējo strāvu līdz nominālajai vērtībai, kas nepieciešama apgaismojuma iegūšanai. Tādā veidā strāvas stiprums ir viegli regulējams caur nihroma spirāli, novēršot nepieciešamību izmantot sarežģītus balastus, ko izmanto LED un dienasgaismas avotos.
Kā tiek noteikta tehnoloģijā izmantoto materiālu pretestība?
Krāsainajiem cēlmetāliem ir labākas elektrovadītspējas īpašības. Tāpēc kritiskie kontakti elektriskajās ierīcēs ir izgatavoti no sudraba. Bet tas palielina visa produkta galīgās izmaksas. Vispieņemamākā iespēja ir izmantot lētākus metālus. Piemēram, vara pretestība, kas vienāda ar 0,0175 (ohm ∙mm 2) / m, ir diezgan piemērota šādiem mērķiem.
Cēlmetāli- zelts, sudrabs, platīns, pallādijs, irīdijs, rodijs, rutēnijs un osmijs, kas nosaukti galvenokārt to augstās ķīmiskās izturības un skaistā izskata dēļ rotaslietās. Turklāt zeltam, sudrabam un platīnam ir augsta elastība, un platīna grupas metāliem ir ugunsizturība un, tāpat kā zeltam, ķīmiskā inerce. Šīs cēlmetālu priekšrocības ir apvienotas.
Vara sakausējumi, kuriem ir laba vadītspēja, tiek izmantoti, lai izveidotu šuntus, kas ierobežo lielu strāvu plūsmu caur lieljaudas ampērmetru mērgalvu.
Alumīnija pretestība 0,026÷0,029 (ohm ∙mm 2)/m ir nedaudz augstāka nekā vara, bet šī metāla ražošanas un izmaksas ir zemākas. Turklāt tas ir vieglāks. Tas izskaidro tā plašo izmantošanu enerģētikas nozarē āra vadu un kabeļu serdeņu ražošanai.
Dzelzs pretestība 0,13 (omi ∙mm 2)/m ļauj to izmantot arī elektriskās strāvas pārvadīšanai, taču tas rada lielākus jaudas zudumus. Tērauda sakausējumi ir palielinājuši izturību. Tāpēc augstsprieguma elektrolīniju alumīnija gaisvadu vados tiek ieausti tērauda diegi, kas paredzēti stiepes slodzes izturēšanai.
Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad uz vadiem veidojas ledus vai pūš spēcīgas vēja brāzmas.
Dažiem sakausējumiem, piemēram, konstantīnam un niķelim, noteiktā diapazonā ir termiski stabilas pretestības īpašības. Niķeļa elektriskā pretestība praktiski nemainās no 0 līdz 100 grādiem pēc Celsija. Tāpēc reostatu spirāles ir izgatavotas no niķeļa.
Īpašība stingri mainīt platīna pretestības vērtības atkarībā no tā temperatūras tiek plaši izmantota mērinstrumentos. Ja elektriskā strāva no stabilizēta sprieguma avota tiek izlaista caur platīna vadītāju un tiek aprēķināta pretestības vērtība, tas norāda uz platīna temperatūru. Tas ļauj skalu graduēt grādos, kas atbilst Ohm vērtībām. Šī metode ļauj izmērīt temperatūru ar grādu precizitāti.
Dažreiz, lai atrisinātu praktiskas problēmas, jums ir jāzina kabeļa pretestība vai īpatnējā pretestība. Šim nolūkam kabeļu izstrādājumu uzziņu grāmatās ir norādītas viena serdeņa induktīvās un aktīvās pretestības vērtības katrai šķērsgriezuma vērtībai. Ar to palīdzību tiek aprēķinātas pieļaujamās slodzes un radītais siltums, noteikti pieļaujamie ekspluatācijas apstākļi un izvēlēta efektīva aizsardzība.
Metālu vadītspēju ietekmē to apstrādes metode. Spiediena izmantošana plastiskai deformācijai izjauc kristāla režģa struktūru, palielina defektu skaitu un palielina pretestību. Lai to samazinātu, tiek izmantota rekristalizācijas atkausēšana.
Metālu stiepšana vai saspiešana izraisa tajos elastīgu deformāciju, no kuras samazinās elektronu termisko vibrāciju amplitūdas un nedaudz samazinās pretestība.
Izstrādājot zemējuma sistēmas, ir jāņem vērā. Tas atšķiras pēc definīcijas no iepriekš minētās metodes un tiek mērīts SI vienībās - Ohm∙metrs. To izmanto, lai novērtētu elektriskās strāvas plūsmas kvalitāti zemē.
Augsnes vadītspēju ietekmē daudzi faktori, tostarp augsnes mitrums, blīvums, daļiņu izmērs, temperatūra un sāļu, skābju un sārmu koncentrācija.
Elektriskā pretestība(pretestība) - fizikāls lielums, kas raksturo materiāla spēju novērst elektriskās strāvas pāreju, izteikts omi m. Elektrisko pretestību parasti apzīmē ar grieķu burtu ρ. Pretestības vērtība dažādos materiālos ir atkarīga no temperatūras dažādos veidos: vadītājos elektriskā pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai, un pusvadītājos un dielektriķos, gluži pretēji, tā samazinās. Vērtību, kas ņem vērā elektriskās pretestības izmaiņas no temperatūras, sauc par pretestības temperatūras koeficientu. Pretestības apgriezto vērtību sauc par īpatnējo vadītspēju (elektrisko vadītspēju). Atšķirībā no elektriskās pretestības, kas ir īpašums diriģents un atkarībā no tā materiāla, formas un izmēra elektriskā pretestība ir tikai īpašība vielas.
| Elektriskā pretestība | |
|---|---|
| ρ (\displaystyle\rho) | |
| Izmērs |
SI:L 3 MT -3 I -2 GHS:T |
| Vienības | |
| SI | Ohm m |
| GHS | Ar |
Viendabīga vadītāja elektriskā pretestība ar pretestību ρ, garums l un šķērsgriezuma laukums S var aprēķināt, izmantojot formulu R = ρ ⋅ l S (\displaystyle R=(\frac (\rho \cdot l)(S)))(tiek pieņemts, ka gar vadītāju nemainās ne laukums, ne šķērsgriezuma forma). Attiecīgi attiecībā uz ρ mums ir ρ = R ⋅ S l . (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)).)
No pēdējās formulas izriet: vielas pretestības fizikālā nozīme ir tāda, ka tā apzīmē no šīs vielas izgatavota viendabīga vadītāja pretestību ar vienības garumu un šķērsgriezuma laukumu.
Vienības
Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) pretestības mērvienība ir omi · . No attiecībām ρ = R ⋅ S l (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l))) No tā izriet, ka pretestības mērvienība SI sistēmā ir vienāda ar vielas pretestību, pie kuras 1 m garam viendabīgam vadītājam ar šķērsgriezuma laukumu 1 m², kas izgatavots no šīs vielas, ir vienāda pretestība līdz 1 omam. Attiecīgi patvaļīgas vielas pretestība, kas izteikta SI vienībās, ir skaitliski vienāda ar tādas elektriskās ķēdes sekcijas pretestību, kas izgatavota no noteiktas vielas ar 1 m garumu un 1 m² šķērsgriezuma laukumu.
Tehnoloģijā tiek izmantota arī novecojusi nesistēmiska vienība Ohm mm²/m, kas vienāda ar 10 −6 no 1 Ohm m. Šī vienība ir vienāda ar vielas pretestību, pie kuras no šīs vielas izgatavotam viendabīgam 1 m garam vadītājam ar šķērsgriezuma laukumu 1 mm² ir pretestība, kas vienāda ar 1 omu. Attiecīgi vielas pretestība, kas izteikta šajās vienībās, ir skaitliski vienāda ar no šīs vielas izgatavotas elektriskās ķēdes sekcijas pretestību, kuras garums ir 1 m un šķērsgriezuma laukums ir 1 mm².
Atkarība no temperatūras
Vadītājos elektriskā pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai. Tas izskaidrojams ar to, ka, paaugstinoties temperatūrai, vadītāja kristāliskā režģa mezglos palielinās atomu vibrāciju intensitāte, kas kavē brīvo elektronu kustību.
Pusvadītājos un dielektriķos elektriskā pretestība samazinās. Tas izskaidrojams ar to, ka, paaugstinoties temperatūrai, palielinās galveno lādiņnesēju koncentrācija.
Vērtību, kas ņem vērā elektriskās pretestības izmaiņas ar temperatūru, sauc par pretestības temperatūras koeficientu.
Pretestības jēdziena vispārinājums
Pretestību var noteikt arī neviendabīgam materiālam, kura īpašības atšķiras no punkta uz punktu. Šajā gadījumā tā nav konstante, bet koordinātu skalāra funkcija - koeficients, kas attiecas uz elektriskā lauka intensitāti E → (r →) (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))) un strāvas blīvums J → (r →) (\displaystyle (\vec (J)) ((\vec (r))))šajā brīdī r → (\displaystyle (\vec (r))). Šīs attiecības ir izteiktas ar Oma likumu diferenciālā formā:
E → (r →) = ρ (r →) J → (r →) . (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))=\rho ((\vec (r)))(\vec (J))((\vec (r))).)Šī formula ir derīga neviendabīgai, bet izotropai vielai. Viela var būt arī anizotropa (lielākā daļa kristālu, magnetizēta plazma utt.), Tas ir, tās īpašības var būt atkarīgas no virziena. Šajā gadījumā pretestība ir no koordinātām atkarīgs otrā ranga tensors, kas satur deviņus komponentus. Anizotropā vielā strāvas blīvuma un elektriskā lauka intensitātes vektori katrā konkrētajā vielas punktā nav kopīgi virzīti; saistību starp tām izsaka attiecības
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))).)Anizotropā, bet viendabīgā vielā tenzors ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) nav atkarīgs no koordinātām.
Tenzors ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) simetrisks, tas ir, jebkuram i (\displaystyle i) Un j (\displaystyle j) veikta ρ i j = ρ j i (\displaystyle \rho _(ij)=\rho _(ji)).
Kā jebkuram simetriskam tenzoram, par ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) jūs varat izvēlēties ortogonālu Dekarta koordinātu sistēmu, kurā matrica ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) kļūst diagonāli, tas ir, tas iegūst formu, kādā no deviņām sastāvdaļām ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) Tikai trīs nav nulles: ρ 11 (\displaystyle \rho _(11)), ρ 22 (\displaystyle \rho _(22)) Un ρ 33 (\displaystyle \rho _(33)). Šajā gadījumā apzīmējot ρ i i (\displaystyle \rho _(ii)) kā iepriekšējās formulas vietā iegūstam vienkāršāku
E i = ρ i J i . (\displaystyle E_(i)=\rho _(i)J_(i).)Daudzumi ρ i (\displaystyle \rho _(i)) sauca galvenās vērtības pretestības tenzors.
Saistība ar vadītspēju
Izotropos materiālos attiecības starp pretestību ρ (\displaystyle\rho) un vadītspēja σ (\displaystyle \sigma ) izteikta ar vienlīdzību
ρ = 1 σ. (\displaystyle \rho =(\frac (1)(\sigma )).)Anizotropo materiālu gadījumā attiecības starp pretestības tenzora komponentiem ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) un vadītspējas tensors ir sarežģītāks. Patiešām, Ohma likumam diferenciālā formā anizotropiem materiāliem ir šāda forma:
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))).)No šīs vienlīdzības un iepriekš dotās attiecības priekš E i (r →) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))) no tā izriet, ka pretestības tensors ir vadītspējas tensora apgrieztais rādītājs. Ņemot to vērā, pretestības tenzora komponentiem ir spēkā sekojošais:
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)],)Kur det (σ) (\displaystyle \det(\sigma))- no tenzoru komponentiem sastāvošas matricas determinants σ i j (\displaystyle \sigma _(ij)). Atlikušās pretestības tenzora sastāvdaļas tiek iegūtas no iepriekš minētajiem vienādojumiem indeksu cikliskas pārkārtošanās rezultātā 1 , 2 Un 3
Kad tiek aizvērta elektriskā ķēde, kuras spailēs ir potenciālu starpība, rodas spriegums. Brīvie elektroni elektriskā lauka spēku ietekmē pārvietojas pa vadītāju. Kustībā elektroni saduras ar vadītāju atomiem un nodrošina tiem savu kinētisko enerģiju. Elektronu kustības ātrums nepārtraukti mainās: elektroniem saduroties ar atomiem, molekulām un citiem elektroniem, tas samazinās, tad elektriskā lauka ietekmē jaunas sadursmes laikā palielinās un atkal samazinās. Tā rezultātā vadītājā tiek izveidota vienmērīga elektronu plūsma ar ātrumu vairākas centimetru daļas sekundē. Līdz ar to elektroni, kas iet caur vadītāju, vienmēr saskaras ar pretestību to kustībai no tā sāniem. Kad elektriskā strāva iet caur vadītāju, pēdējais uzsilst.
Elektriskā pretestība
Vadītāja elektriskā pretestība, ko apzīmē ar latīņu burtu r, ir ķermeņa vai vides īpašība pārveidot elektrisko enerģiju siltumenerģijā, kad caur to iet elektriskā strāva.
Diagrammās elektriskā pretestība ir norādīta, kā parādīts 1. attēlā, A.
Tiek saukta mainīga elektriskā pretestība, kas kalpo strāvas maiņai ķēdē reostats. Diagrammās reostati ir apzīmēti, kā parādīts 1. attēlā, b. Parasti reostats ir izgatavots no vienas vai otras pretestības stieples, kas uztīta uz izolācijas pamatnes. Slīdnis vai reostata svira tiek novietota noteiktā stāvoklī, kā rezultātā ķēdē tiek ievadīta nepieciešamā pretestība.
Garš vadītājs ar mazu šķērsgriezumu rada lielu pretestību strāvai. Īsi vadītāji ar lielu šķērsgriezumu nodrošina mazu pretestību strāvai.
Ja ņemat divus vadītājus no dažādiem materiāliem, bet vienāda garuma un šķērsgriezuma, tad vadītāji strāvu vadīs atšķirīgi. Tas parāda, ka vadītāja pretestība ir atkarīga no paša vadītāja materiāla.
Vadītāja temperatūra ietekmē arī tā pretestību. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās metālu pretestība, un samazinās šķidrumu un ogļu pretestība. Tikai daži īpaši metālu sakausējumi (manganīns, konstantāns, niķelis un citi) gandrīz nemaina savu pretestību, palielinoties temperatūrai.
Tātad, mēs redzam, ka vadītāja elektriskā pretestība ir atkarīga no: 1) vadītāja garuma, 2) vadītāja šķērsgriezuma, 3) vadītāja materiāla, 4) vadītāja temperatūras.
Pretestības mērvienība ir viens oms. Om bieži apzīmē ar grieķu lielo burtu Ω (omega). Tāpēc tā vietā, lai rakstītu “Vadītāja pretestība ir 15 omi”, varat vienkārši rakstīt: r= 15 Ω.
1000 omi tiek saukti par 1 kiloomu(1kOhm vai 1kΩ),
1 000 000 omi tiek saukti par 1 megaohm(1 mOhm vai 1MΩ).
Salīdzinot dažādu materiālu vadītāju pretestību, katram paraugam ir jāņem noteikts garums un šķērsgriezums. Tad varēsim spriest, kurš materiāls elektrisko strāvu vada labāk vai sliktāk.
Video 1. Vadītāja pretestība
Elektriskā pretestība
Tiek saukta 1 m gara vadītāja ar 1 mm² šķērsgriezumu pretestība omos pretestība un to apzīmē ar grieķu burtu ρ (ro).
1. tabulā parādītas dažu vadītāju pretestības.
1. tabula
Dažādu vadītāju pretestības
Tabulā redzams, ka dzelzs stieples ar 1 m garumu un 1 mm² šķērsgriezumu pretestība ir 0,13 omi. Lai iegūtu 1 Ohm pretestību, jums jāņem 7,7 m šāda stieples. Sudrabam ir viszemākā pretestība. 1 Ohm pretestību var iegūt, ņemot 62,5 m sudraba stieples ar šķērsgriezumu 1 mm². Sudrabs ir labākais vadītājs, taču sudraba izmaksas izslēdz iespēju to masveidā izmantot. Pēc sudraba tabulā nāk varš: 1 m vara stieples ar 1 mm² šķērsgriezumu pretestība ir 0,0175 omi. Lai iegūtu 1 omu pretestību, jums jāņem 57 m šāda stieples.
Ķīmiski tīrs varš, kas iegūts rafinēšanas ceļā, ir plaši izmantots elektrotehnikā vadu, kabeļu, elektrisko mašīnu un ierīču tinumu ražošanā. Dzelzs tiek plaši izmantots arī kā vadītāji.
Vadītāja pretestību var noteikt pēc formulas:
Kur r– vadītāja pretestība omos; ρ – vadītāja īpatnējā pretestība; l– vadītāja garums m; S– vadītāja šķērsgriezums mm².
1. piemērs. Nosakiet pretestību 200 m dzelzs stieples ar šķērsgriezumu 5 mm².
2. piemērs. Aprēķiniet pretestību 2 km alumīnija stieples ar šķērsgriezumu 2,5 mm².
No pretestības formulas jūs varat viegli noteikt vadītāja garumu, pretestību un šķērsgriezumu.
3. piemērs. Radio uztvērējam ir nepieciešams uztīt 30 omu pretestību no niķeļa stieples ar šķērsgriezumu 0,21 mm². Nosakiet nepieciešamo stieples garumu.
4. piemērs. Nosakiet 20 m nihroma stieples šķērsgriezumu, ja tā pretestība ir 25 omi.
5. piemērs. Vadam ar šķērsgriezumu 0,5 mm² un garumu 40 m ir 16 omi pretestība. Nosakiet stieples materiālu.
Vadītāja materiāls raksturo tā pretestību.
Saskaņā ar pretestības tabulu mēs atklājam, ka tai ir šāda pretestība.
Iepriekš tika teikts, ka vadītāju pretestība ir atkarīga no temperatūras. Veiksim šādu eksperimentu. Uztīsim vairākus metrus tievu metāla stiepli spirāles formā un savienosim šo spirāli ar akumulatora ķēdi. Lai izmērītu strāvu, ķēdei pievienojam ampērmetru. Kad spole tiek uzkarsēta degļa liesmā, jūs ievērosiet, ka ampērmetra rādījumi samazināsies. Tas parāda, ka metāla stieples pretestība palielinās, karsējot.
Dažiem metāliem, karsējot par 100°, pretestība palielinās par 40–50%. Ir sakausējumi, kas nedaudz maina savu pretestību karsējot. Dažiem īpašiem sakausējumiem, mainoties temperatūrai, pretestība praktiski nemainās. Pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai, elektrolītu (šķidruma vadītāju), ogļu un dažu cietvielu pretestība, gluži pretēji, samazinās.
Metālu spēja mainīt savu pretestību ar temperatūras izmaiņām tiek izmantota, lai konstruētu pretestības termometrus. Šis termometrs sastāv no platīna stieples, kas uztīta uz vizlas rāmja. Ievietojot termometru, piemēram, krāsnī un izmērot platīna stieples pretestību pirms un pēc karsēšanas, var noteikt temperatūru krāsnī.
Vadītāja pretestības izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts uz 1 omu sākotnējās pretestības un uz 1° temperatūru sauc pretestības temperatūras koeficients un to apzīmē ar burtu α.
Ja temperatūrā t 0 vadītāja pretestība ir r 0 un temperatūrā t vienāds r t, tad temperatūras pretestības koeficients
Piezīme. Aprēķinus, izmantojot šo formulu, var veikt tikai noteiktā temperatūras diapazonā (līdz aptuveni 200°C).
Mēs piedāvājam temperatūras pretestības koeficienta α vērtības dažiem metāliem (2. tabula).
2. tabula
Dažu metālu temperatūras koeficientu vērtības
No temperatūras pretestības koeficienta formulas mēs nosakām r t:
r t = r 0 .
6. piemērs. Nosakiet līdz 200°C sakarsētas dzelzs stieples pretestību, ja tās pretestība 0°C temperatūrā bija 100 omi.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 omi.
7. piemērs. Pretestības termometram, kas izgatavots no platīna stieples, bija 20 omi pretestība telpā 15 ° C temperatūrā. Termometrs tika ievietots cepeškrāsnī un pēc kāda laika tika izmērīts tā pretestība. Tas izrādījās vienāds ar 29,6 omi. Nosakiet temperatūru cepeškrāsnī.
Elektrovadītspēja
Līdz šim vadītāja pretestību esam uzskatījuši par šķērsli, ko vadītājs nodrošina elektriskajai strāvai. Bet tomēr strāva plūst caur vadītāju. Tāpēc vadītājam papildus pretestībai (šķērslim) ir arī spēja vadīt elektrisko strāvu, tas ir, vadītspēju.
Jo lielāka ir vadītāja pretestība, jo mazāka vadītspēja, jo sliktāk tas vada elektrisko strāvu, un, gluži pretēji, jo zemāka ir vadītāja pretestība, jo lielāka vadītspēja, jo vieglāk strāvai iziet caur vadītāju . Tāpēc vadītāja pretestība un vadītspēja ir abpusēji lielumi.
No matemātikas ir zināms, ka 5 apgrieztais ir 1/5 un otrādi, 1/7 apgrieztais ir 7. Tāpēc, ja vadītāja pretestību apzīmē ar burtu r, tad vadītspēja ir definēta kā 1/ r. Vadītspēja parasti tiek apzīmēta ar burtu g.
Elektrisko vadītspēju mēra (1/Ohm) vai siemensos.
8. piemērs. Vadītāja pretestība ir 20 omi. Nosakiet tā vadītspēju.
Ja r= 20 omi, tad
9. piemērs. Vadītāja vadītspēja ir 0,1 (1/Ohm). Nosakiet tā pretestību
Ja g = 0,1 (1/Ohm), tad r= 1/0,1 = 10 (omi)
Lielākā daļa fizikas likumu ir balstīti uz eksperimentiem. Eksperimentētāju vārdi ir iemūžināti šo likumu nosaukumos. Viens no viņiem bija Georgs Omas.
Georga Oma eksperimenti
Eksperimentējot par elektrības mijiedarbību ar dažādām vielām, tostarp metāliem, viņš konstatēja fundamentālu saikni starp blīvumu, elektriskā lauka stiprumu un vielas īpašībām, ko sauca par "īpatnējo vadītspēju". Formula, kas atbilst šim modelim, ko sauc par "Oma likumu", ir šāda:
j= λE , kurā
- j— elektriskās strāvas blīvums;
- λ — īpatnējā vadītspēja, ko sauc arī par “elektrisko vadītspēju”;
- E – elektriskā lauka stiprums.
Dažos gadījumos, lai norādītu vadītspēju, tiek izmantots cits grieķu alfabēta burts - σ . Īpatnējā vadītspēja ir atkarīga no noteiktiem vielas parametriem. Tās vērtību ietekmē temperatūra, vielas, spiediens, ja tā ir gāze, un galvenais šīs vielas struktūra. Oma likumu ievēro tikai viendabīgām vielām.
Ērtākiem aprēķiniem tiek izmantota īpatnējās vadītspējas apgrieztā vērtība. To sauc par “pretestību”, kas ir saistīta arī ar vielas īpašībām, kurā plūst elektriskā strāva, ko apzīmē ar grieķu burtu ρ un tā izmērs ir Ohm*m. Bet, tā kā uz dažādām fizikālām parādībām attiecas dažādi teorētiskie pamatojumi, pretestības noteikšanai var izmantot alternatīvas formulas. Tie atspoguļo klasisko elektronisko metālu teoriju, kā arī kvantu teoriju.
Formulas
Šajās formulās, kas parastiem lasītājiem ir apnicīgas, parādās tādi faktori kā Bolcmaņa konstante, Avogadro konstante un Planka konstante. Šīs konstantes izmanto aprēķiniem, kuros ņemts vērā elektronu brīvais ceļš vadītājā, to ātrums termiskās kustības laikā, jonizācijas pakāpe, vielas koncentrācija un blīvums. Īsāk sakot, nespeciālistam viss ir diezgan sarežģīti. Lai nebūtu nepamatots, zemāk varat iepazīties ar to, kā viss patiesībā izskatās:
Metālu īpašības
Tā kā elektronu kustība ir atkarīga no vielas viendabīguma, strāva metāla vadītājā plūst atbilstoši tā struktūrai, kas ietekmē elektronu sadalījumu vadītājā, ņemot vērā tā neviendabīgumu. To nosaka ne tikai piemaisījumu ieslēgumu klātbūtne, bet arī fiziski defekti - plaisas, tukšumi utt. Vadītāja neviendabīgums palielina tā pretestību, ko nosaka Matīsena likums.
Šis viegli saprotamais noteikums būtībā saka, ka strāvu nesošajā vadītājā var atšķirt vairākas atsevišķas pretestības. Un iegūtā vērtība būs to summa. Sastāvdaļas būs metāla kristāla režģa pretestība, piemaisījumi un vadītāju defekti. Tā kā šis parametrs ir atkarīgs no vielas veida, tā aprēķināšanai ir noteikti atbilstoši likumi, tostarp jauktām vielām.
Neskatoties uz to, ka arī sakausējumi ir metāli, tie tiek uzskatīti par šķīdumiem ar haotisku struktūru, un pretestības aprēķināšanai ir nozīme, kuri metāli ir iekļauti sakausējumā. Būtībā uz lielāko daļu divu komponentu sakausējumu, kas nepieder pie pārejas metāliem, kā arī retzemju metāliem, attiecas Nodheimas likuma apraksts.
Metāla plāno kārtiņu pretestība tiek aplūkota kā atsevišķa tēma. Ir diezgan loģiski pieņemt, ka tā vērtībai jābūt lielākai nekā lielapjoma vadītājam, kas izgatavots no tā paša metāla. Bet tajā pašā laikā filmai tiek ieviesta īpaša empīriskā Fuksa formula, kas apraksta pretestības un plēves biezuma savstarpējo atkarību. Izrādās, ka metāliem plēvēs piemīt pusvadītāju īpašības.
Un lādiņu pārneses procesu ietekmē elektroni, kas pārvietojas plēves biezuma virzienā un traucē “garenisko” lādiņu kustību. Tajā pašā laikā tie tiek atstaroti no plēves vadītāja virsmas, un tādējādi viens elektrons diezgan ilgu laiku svārstās starp divām tā virsmām. Vēl viens nozīmīgs faktors pretestības palielināšanā ir vadītāja temperatūra. Jo augstāka temperatūra, jo lielāka pretestība. Un otrādi, jo zemāka temperatūra, jo mazāka pretestība.
Metāli ir vielas ar viszemāko pretestību tā sauktajā “istabas” temperatūrā. Vienīgais nemetāls, kas attaisno tā izmantošanu kā vadītāju, ir ogleklis. Grafīts, kas ir viena no tā šķirnēm, tiek plaši izmantots bīdāmo kontaktu veidošanai. Tam ir ļoti veiksmīga īpašību kombinācija, piemēram, pretestība un slīdēšanas berzes koeficients. Tāpēc grafīts ir neaizstājams materiāls elektromotoru sukām un citiem bīdāmiem kontaktiem. Galveno rūpnieciskiem nolūkiem izmantoto vielu pretestības vērtības ir norādītas tabulā zemāk.
Supravadītspēja
Temperatūrā, kas atbilst gāzu sašķidrināšanai, tas ir, līdz šķidrā hēlija temperatūrai, kas ir vienāda ar -273 grādiem pēc Celsija, pretestība samazinās gandrīz līdz pilnīgai izzušanai. Un ne tikai labi metāla vadītāji, piemēram, sudrabs, varš un alumīnijs. Gandrīz visi metāli. Šādos apstākļos, ko sauc par supravadītspēju, metāla struktūrai nav inhibējošas ietekmes uz lādiņu kustību elektriskā lauka ietekmē. Tāpēc dzīvsudrabs un lielākā daļa metālu kļūst par supravadītājiem.
Bet, kā izrādījās, salīdzinoši nesen, 20. gadsimta 80. gados, daži keramikas veidi spēj arī supravadīt. Turklāt šim nolūkam nav jāizmanto šķidrs hēlijs. Šādus materiālus sauca par augstas temperatūras supravadītājiem. Tomēr ir pagājušas jau vairākas desmitgades, un ir ievērojami paplašinājies augstas temperatūras vadītāju klāsts. Bet šādu augstas temperatūras supravadītāju elementu masveida izmantošana nav novērota. Dažās valstīs ir veiktas atsevišķas instalācijas, aizstājot parastos vara vadītājus ar augstas temperatūras supravadītājiem. Lai uzturētu normālu augstas temperatūras supravadītspējas režīmu, ir nepieciešams šķidrais slāpeklis. Un tas izrādās pārāk dārgs tehniskais risinājums.
Tāpēc zemā pretestības vērtība, ko Daba piešķir vara un alumīnijam, joprojām padara tos par neaizvietojamiem materiāliem dažādu elektrisko vadītāju ražošanā.
- elektriskais lielums, kas raksturo materiāla īpašību novērst elektriskās strāvas plūsmu. Atkarībā no materiāla veida pretestība var būt līdz nullei – būt minimālai (jūdzes/mikroomi – vadītāji, metāli) vai ļoti liela (giga omi – izolācija, dielektriķi). Elektriskās pretestības apgrieztā vērtība ir .
Vienība elektriskā pretestība - omi. To apzīmē ar burtu R. Nosaka pretestības atkarību no strāvas slēgtā ķēdē.
Ohmometrs- ierīce ķēdes pretestības tiešai mērīšanai. Atkarībā no izmērītās vērtības diapazona tos iedala gigaohmetros (lielām pretestībām - mērot izolāciju) un mikro/miliommetros (mazām pretestībām - mērot kontaktu, motora tinumu pārejas pretestības utt.).
Ir pieejams plašs dažādu ražotāju ommetru klāsts, sākot no elektromehāniskiem līdz mikroelektroniskiem. Ir vērts atzīmēt, ka klasiskais ommetrs mēra pretestības aktīvo daļu (tā saukto omu).
Jebkurai pretestībai (metāla vai pusvadītāja) maiņstrāvas ķēdē ir aktīva un reaktīva sastāvdaļa. Aktīvās un reaktīvās pretestības summa ir Maiņstrāvas ķēdes pretestība un aprēķina pēc formulas:
kur Z ir maiņstrāvas ķēdes kopējā pretestība;
R ir maiņstrāvas ķēdes aktīvā pretestība;
Xc ir maiņstrāvas ķēdes kapacitatīvā pretestība; 
(C - kapacitāte, w - maiņstrāvas leņķiskais ātrums)
Xl ir maiņstrāvas ķēdes induktīvā pretestība; 
(L ir induktivitāte, w ir maiņstrāvas leņķiskais ātrums).
Aktīvā pretestība- tā ir daļa no elektriskās ķēdes kopējās pretestības, kuras enerģija tiek pilnībā pārveidota par cita veida enerģiju (mehānisko, ķīmisko, termisko). Aktīvā komponenta atšķirīga īpašība ir pilnīgs visas elektroenerģijas patēriņš (enerģija netiek atgriezta tīklā), un pretestība atgriež daļu enerģijas atpakaļ tīklā (reaktīvā komponenta negatīva īpašība).
Aktīvās pretestības fiziskā nozīme
Katra vide, kurā iziet elektriskie lādiņi, savā ceļā rada šķēršļus (tiek uzskatīts, ka tie ir kristāla režģa mezgli), kuros tie it kā ietriecas un zaudē savu enerģiju, kas izdalās siltuma veidā.
Tādējādi notiek kritums (elektrības enerģijas zudums), kura daļa tiek zaudēta vadošās vides iekšējās pretestības dēļ.
Skaitlisko vērtību, kas raksturo materiāla spēju novērst lādiņu pāreju, sauc par pretestību. To mēra omi (Ohm) un ir apgriezti proporcionāla elektrovadītspējai.
Dažādiem Mendeļejeva periodiskās tabulas elementiem ir atšķirīga elektriskā pretestība (p), piemēram, mazākā. Sudrabam (0,016 Ohm*mm2/m), vara (0,0175 Ohm*mm2/m), zeltam (0,023) un alumīnijam (0,029) ir pretestība. Tos izmanto rūpniecībā kā galvenos materiālus, uz kuriem tiek būvēta visa elektrotehnika un enerģija. Gluži pretēji, dielektriķiem ir augsta trieciena vērtība. pretestība un tiek izmantoti izolācijai.
Vadošās vides pretestība var ievērojami atšķirties atkarībā no strāvas šķērsgriezuma, temperatūras, lieluma un frekvences. Turklāt dažādās vidēs ir dažādi lādiņnesēji (brīvie elektroni metālos, joni elektrolītos, “caurumi” pusvadītājos), kas ir noteicošie pretestības faktori.
Reakcijas fiziskā nozīme
Spolēs un kondensatoros, tos pielietojot, enerģija uzkrājas magnētisko un elektrisko lauku veidā, kas aizņem kādu laiku.
Magnētiskie lauki maiņstrāvas tīklos mainās, sekojot mainīgajam lādiņu kustības virzienam, vienlaikus nodrošinot papildu pretestību.
Turklāt notiek stabila fāzes un strāvas nobīde, un tas rada papildu elektroenerģijas zudumus.
Pretestība
Kā mēs varam uzzināt materiāla pretestību, ja caur to neplūst un mums nav ommetra? Tam ir īpaša vērtība - materiāla elektriskā pretestība V
(šīs ir tabulas vērtības, kas lielākajai daļai metālu tiek noteiktas empīriski). Izmantojot šo vērtību un materiāla fiziskos daudzumus, mēs varam aprēķināt pretestību, izmantojot formulu:
kur, lpp— pretestība (vienības omi*m/mm2);
l — vadītāja garums (m);
S - šķērsgriezums (mm 2).