Удельное сопротивление есть характеристика материала, вещества из которого сделан проводник.
Электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально произведению удельного сопротивления материала из которого сделан проводник на его длинну, и обратно пропорционально его сечению.
| электрическое сопротивление проводника, | Ом |
| удельное сопротивление материала проводника, | Ом·м |
| длина проводника, | Метр |
| сечение проводника, | Метр 2 |
Единица СИ удельного сопротивления
Удельное сопротивление ρ зависит от температуры.
Источник: www.fxyz.ru
электрическое УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА 8 класс
Удельное сопротивление
Некоторые вещества в природе (как металлы, так и неметаллы) являются проводниками электрического тока. При движении тока в них тока, вещества оказывают сопротивление его прохождению. Физическая величина, которая определяет способность материала препятствовать прохождению через него электрического тока называется удельным сопротивлением.
Металл с небольшим значением этого параметра – медь. Низкое значение сопротивления движению тока [left(0,017 frac>right)] позволяет использовать медь в качестве проводника.
Описанная величина обозначается греческой буквой «ро» – ρ.
Формула удельного сопротивления
Для расчета данного параметра немецким физиком Георгом Омом была выведена формула удельного сопротивления:
Эта формула записана относительно сопротивления. Для того чтобы вывести значение данной физической величины, необходимо преобразовать исходную формулу:
[frac=R]
сперва нужно умножить обе части уравнения на S:
[frac=frac]
затем l переносится в правую часть:
[rho=frac]
Исходя из полученного выражения, можно сформулировать понятие удельного сопротивления: препятствие данного вещества единичной длины и единичной площади поперечного сечения движению тока.
Получившаяся формула используется для нахождения значения исследуемого параметра. Кроме искомой величины, в формуле фигурируют ещё три члена:
- R – сопротивление, измеряемое в Ом;
- l – длина проводника, в метрах;
- S – площадь поперечного сечения, мм².
В общепринятой международной системе (СИ) единицей измерения удельного сопротивления является Ом*м. При решении практических задач, полученные значения чаще всего выражают в [frac * mathrm^>><mathrm<м>>].
Для большинства часто применяемых металлов этот параметр уже рассчитан. Ниже представлена таблица 1, в которой собраны значения величины для некоторых металлов.
График наглядно показывает рост этой физической величины в процессе повышения температуры.
Применение формул на практике
На практике часто приходится производить расчет по той причине, что материал изделия неизвестен. Это обстоятельство лишает возможности обратиться к справочной литературе за необходимыми данными.
При расчете искомого параметра понадобятся не только теоретические формулы, но и специальные приборы: мультиметр и микрометр.
Дан пруток, имеющий длину 5 метров. При помощи штангенциркуля определим диаметр сечения. Полученное значение составило 0,42 мм.
Площадь сечения определяется по формуле:
Затем необходимо измерить электрическое сопротивление материала. Мультиметр показывает 45 Ом.
Подставим площадь в исходную формулу для расчета искомой величины:
[begin
rho=frac \
rho=frac>
end]
Далее подставим полученные значения в формулу и рассчитаем искомый параметр:
[rho=frac>=1,24 frac>]
Полученное значение необходимо сверить со справочником. Учитывая несовершенство приборов, и возникшие в процессе непосредственного измерения размеров изделия погрешности, можно сделать вывод, что пруток изготовлен из нихрома.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Нужна помощь
Понятие проводимости
Физическая величина, которая характеризует возможность материала проводить электрический ток, называется проводимостью (электропроводностью). Единицей измерения этой величины в системе СИ служит Сименс (См).
Проводимость является величиной, обратной к электрическому сопротивлению.
Соотношение между удельным сопротивлением и удельной электропроводностью можно представить в виде: [sigma=frac]
Электропроводность материала определяется способностью заряженных частиц (ионов и электронов) свободно перемещаться в пределах данной среды. Из этого можно сделать вывод, что проводимость зависит от нескольких характеристик материала:
- строения вещества;
- химического состава;
- агрегатного состояния.
Кроме того, поскольку удельное сопротивление зависит от температуры, то и проводимость тоже будет зависеть от этого фактора.
Ниже представлена таблица 3, в которой показаны значения проводимости для основных металлов.
| Металл | Значение проводимости *10 7 , См/м |
| Серебро | 6,2 |
| Медь | 5,8 |
| Золото | 4,52 |
| Алюминий | 3,77 |
| Вольфрам | 1,9 |
| Латунь | 1,55 |
| Железо | 0,99 |
Таблица 3 – Значения проводимости некоторых металлов
Стоит отметить, что указанные в данной таблице значения реальны только при температуре 25 градусов Цельсия. С изменение температуры, электропроводность материалов будет изменяться. На основании приведенной выше зависимости удельного сопротивления от температуры и, руководствуясь формулой для расчета проводимости, можно сделать вывод, что с увеличением температуры окружающей среды значение проводимости будет снижаться.
Проводимость серебра выше проводимости меди. Однако серебро не получило широкого промышленного распространения в качестве проводника электричества, поскольку имеет высокую стоимость.
Источник: www.napishem.ru
Понятие удельного электрического сопротивления медного проводника
Удельное сопротивление — прикладное понятие в электротехнике. Оно обозначает то, какое сопротивление на единицу длины оказывает материал единичного сечения протекающему через него току — другими словами, каким сопротивлением обладает провод миллиметрового сечения длиной один метр. Это понятие используется в различных электротехнических расчетах.
Важно понимать различия между удельным электрическим сопротивлением постоянному току и удельным электросопротивлением переменному току. В первом случае сопротивление вызывается исключительно действием постоянного тока на проводник. Во втором случае переменный ток (он может быть любой формы: синусоидальной, прямоугольной, треугольной или произвольной) вызывает в проводнике дополнительно действующее вихревое поле, которому также создается сопротивление.
Физическое представление
В технических расчетах, предполагающих прокладку кабелей различных диаметров, используются параметры, позволяющие рассчитать необходимую длину кабеля и его электрические характеристики. Одним из основных параметров является удельное сопротивление. Формула удельного электрического сопротивления:
- ρ — это удельное сопротивление материала;
- R — омическое электросопротивление конкретного проводника;
- S — поперечное сечение;
- l — длина.
Размерность ρ измеряется в Ом•мм 2 /м, или, сократив формулу — Ом•м.
Значение ρ для одного и того же вещества всегда одинаковое. Следовательно, это константа, характеризующая материал проводника. Обычно она указывается в справочниках. Исходя из этого уже можно проводить расчет технических величин.
Важно сказать и об удельной электрической проводимости. Эта величина является обратной удельному сопротивлению материала, и используется наравне с ним. Ее также называют электропроводностью. Чем выше эта величина, тем лучше металл проводит ток. Например, удельная проводимость меди равна 58,14 м/(Ом•мм 2 ). Или, в единицах, принятых в системе СИ: 58 140 000 См/м. (Сименс на метр — единица электропроводности в СИ).
Читайте еще: Набор гаечных накидных ключей с трещоткой: применение
Удельное сопротивление различных материалов
Говорить об удельном сопротивлении можно только при наличии элементов, проводящих ток, так как диэлектрики обладают бесконечным или близким к нему электросопротивлением. В отличие от них, металлы — очень хорошие проводники тока. Измерить электросопротивление металлического проводника можно с помощью прибора миллиомметра, или еще более точного — микроомметра. Значение измеряется между их щупами, приложенными к участку проводника. Они позволяют проверить цепи, проводку, обмотки двигателей и генераторов.
Металлы разнятся между собой по способности проводить ток. Удельное сопротивление различных металлов — параметр, характеризующий это отличие. Данные приведены при температуре материала 20 градусов по шкале Цельсия:
Параметр ρ показывает, каким сопротивлением будет обладать метровый проводник с сечением 1 мм 2 . Чем больше это значение, тем больше электросопротивление будет у нужного провода определенной длины. Наименьшее ρ, как видно из списка, у серебра, сопротивление одного метра из этого материала будет равно всего 0,015 Ом, но это слишком дорогой металл для использования его в промышленных масштабах. Следующим идет медь, которая в природе встречается гораздо чаще (не драгоценный, а цветной металл). Поэтому медная проводка очень распространена.
Применение медных проводников
Медь является не только хорошим проводником электрического тока, но и очень пластичным материалом. Благодаря этому свойству медная проводка лучше укладывается, она устойчива к изгибам и растяжению.
Медь очень востребована на рынке. Из этого материала производят множество различных изделий:
- Огромное многообразие проводников;
- Автозапчасти (например, радиаторы);
- Часовые механизмы;
- Компьютерные составляющие;
- Детали электрических и электронных приборов.
Читайте еще: Как убрать скол на ванне – практические советы от специалистов
Удельное электрическое сопротивление меди является одним из лучших среди проводящих ток материалов, поэтому на ее основе создается множество товаров электроиндустрии. К тому же медь легко поддается пайке, поэтому очень распространена в радиолюбительстве.
Высокая теплопроводность меди позволяет использовать ее в охлаждающих и обогревающих устройствах, а пластичность дает возможность создавать мельчайшие детали и тончайшие проводники.
Зависимость электропроводности от температуры
Проводники электрического тока бывают первого и второго рода. Проводники первого рода — это металлы. Проводники второго рода- это проводящие растворы жидкостей. Ток в первых переносят электроны, а переносчики тока в проводниках второго рода —ионы, заряженные частицы электролитической жидкости.
Говорить о проводимости материалов можно только в контексте температуры окружающей среды. При более высокой температуре проводники первого рода увеличивают свое электросопротивление, а второго, напротив, уменьшают. Соответственно, существует температурный коэффициент сопротивления материалов. Удельное сопротивление меди Ом м возрастает при увеличении нагрева. Температурный коэффициент α тоже зависит только от материала, эта величина не имеет размерности и для разных металлов и сплавов равна следующим показателям:
- Серебро — 0,0035;
- Железо — 0,0066;
- Платина — 0,0032;
- Медь — 0,0040;
- Вольфрам — 0,0045;
- Ртуть — 0,0090;
- Константан — 0,000005;
- Никелин — 0,0003;
- Нихром — 0,00016.
Определение величины электросопротивления участка проводника при повышенной температуре R (t), вычисляется по формуле:
R (t) = R (0) · [1+ α·(t-t (0))], где:
- R (0) — сопротивление при начальной температуре;
- α — температурный коэффициент;
- t — t (0) — разность температур.
Например, зная электросопротивление меди при 20 градусах Цельсия, можно вычислить, чему оно будет равно при 170 градусах, то есть при нагреве на 150 градусов. Исходное сопротивление увеличится в [1+0,004·(170−20)] раз, то есть в 1,6 раз.
Читайте еще: Особенности дремеля, назначение и принцип работы инструмента
При увеличении температуры проводимость материалов, напротив, уменьшается. Так как это величина, обратная электросопротивлению, то и уменьшается она ровно во столько же раз. Например, удельная электропроводность меди при нагреве материала на 150 градусов уменьшится в 1,6 раз.
Существуют сплавы, которые практически не изменяют своего электросопротивления при изменении температуры. Таков, к примеру, константан. При изменении температуры на сто градусов его сопротивление увеличивается всего на 0,5%.
Если проводимость материалов ухудшается с нагревом, она улучшается с понижением температуры. С этим связано такое явление, как сверхпроводимость. Если понизить температуру проводника ниже -253 градусов Цельсия, его электросопротивление резко уменьшится: практически до нуля. В связи с этим падают затраты на передачу электрической энергии.
Единственной проблемой оставалось охлаждение проводников до таких температур. Однако в связи с недавними открытиями высокотемпературных сверхпроводников на базе оксидов меди, охлаждать материалы приходится уже до приемлемых значений.
Источник: remoskop.ru