Фізика сповнена понять, які важко уявити. Яскравий приклад цього - тема про електрику. Майже всі зустрічаються там явища і терміни складно побачити або уявити.
Що таке електричний опір? Звідки воно з`являється? Чому виникає напруга? І чому у струму є сила? Питань нескінченну кількість. Варто розібратися у всьому по порядку. І почати добре б з опору.
Що відбувається в провіднику, коли там починається струм?
Бувають ситуації, коли матеріал, який володіє проводить здатністю, виявляється між двома полюсами електричного поля: позитивним і негативним. І тоді там починається електричний струм. Це проявляється в тому, що вільні електрони починають спрямований рух. Оскільки вони мають негативний заряд, то їх переміщення здійснюється в одну сторону - до плюса. Цікаво, що за напрям електричного струму прийнято вказувати інше - від плюса до мінуса.
Під час руху електрони вдаряються об атоми речовини і передають їм частину своєї енергії. Цим пояснюється те, що він приєднаний до мережі провідник нагрівається. А самі електрони уповільнюють свій рух. Але електричне поле їх знову прискорює, тому вони знову спрямовуються до плюса. Цей процес відбувається нескінченно, поки навколо провідника є електричне поле. Виходить, що саме електрони відчувають опір електричного струму. Тобто чим більше перешкод вони зустрічають, тим вище значення цієї величини.
Що таке електричний опір?
Йому можна дати визначення виходячи з двох позицій. Перша пов`язана з формулою для закону Ома. І звучить воно так: електричний опір - це фізична величина, яка визначається як відношення напруги в провіднику до сили струму, що протікає в ньому. Математична запис приведена трохи нижче.
Друга ґрунтується на властивостях тіла. Електричний опір провідника - це фізична величина, яка вказує на властивість тіла перетворювати енергію електрики в тепло. Обидва цих твердження вірні. Тільки в шкільному курсі найчастіше зупиняються на запам`ятовуванні першого. Позначається вивчалася величина буквою R. Одиниці, в яких вимірюється електричний опір, - Ом.
За якими формулами його можна знайти?
Найвідоміша випливає із закону Ома для ділянки ланцюга. Вона об`єднує електричний струм, напруга, опір. Виглядає так:
Це формула під номером 1.
Друга враховує те, що опір залежить від параметрів провідника:
Ця формула має номер 2. У ній введені такі позначення:
| величина | Літера | Одиниці виміру |
| Питомий опір | ρ | Ом * м |
| довжина провідника | l | м |
| Площа, яку має поперечний переріз | S | м2 |
Питомий електричний опір - це фізична величина, яка дорівнює опору матеріалу довжиною в 1 м і з площею перетину в 1 м2.
У таблиці вказана системна одиниця виміру питомого опору. У реальних ситуаціях не буває такого, щоб перетин вимірювалося у квадратних метрах. У більшості випадків це квадратні міліметри. Тому і питомий електричний опір зручніше брати в Ом * мм2 / М, а площа підставляти в мм2.
Від чого і як залежить опір?
По-перше, від речовини, з якого виготовлений провідник. Чим більше значення, яке має питомий електричний опір, тим гірше він буде проводити струм.
По-друге, від довжини проводу. І тут залежність пряма. Зі збільшенням довжини опір зростає.
По-третє, від товщини. Чим товщі провідник, тим менше у нього опір.
І нарешті, по-четверте, від температури провідника. І тут все не так однозначно. Якщо мова йде про металах, то їх електричний опір зростає в міру нагрівання. Виняток становлять деякі спеціальні сплави - їх опір практично не змінюється при нагріванні. До них відносяться: константан, нікелін і манганин. Коли ж нагріваються рідини, то їх опір зменшується.
Які існують резистори?
Це елемент, який включається в електричний ланцюг. Він має цілком конкретне опір. Саме це і використовується в схемах. Прийнято розділяти резистори на два види: постійні і змінні. Їх назва пов`язана з тим, чи можна змінити їх опір. Перші - постійні - не дозволяють будь-яким чином змінити номінальне значення опору. Воно залишається незмінним. Другі - змінні - дають можливість проводити регулювання, змінюючи опір в залежності від потреб конкретної схеми. У радіоелектроніки виділяють ще один вид - підлаштування. Їх опір змінюється тільки в той момент, коли потрібно налаштувати прилад, а потім залишається постійним.
Як на схемах виглядає резистор?
Прямокутник з двома виходами з вузьких його сторін. Це постійний резистор. Якщо з третьої сторони до нього домалював стрілка, то він вже змінний. До того ж на схемах ще підписується і електричний опір резистора. Прямо всередині цього прямокутника. Зазвичай просто цифри або з найменуванням, якщо вони дуже великі.
Для чого існує ізоляція і навіщо її потрібно вимірювати?
Її призначення - забезпечення електричної безпеки. Електричний опір ізоляції є головною характеристикою. Воно не дозволяє протікати через тіло людини небезпечного значенням струму.
Виділяють чотири види ізоляції:
- робоча - її призначення в тому, щоб забезпечити нормальне функціонування устаткування, тому вона не завжди має достатній рівень захисту людини;
- додаткова є доповненням до першого виду і захищає людей;
- подвійна об`єднує два перші види ізоляції;
- посилена, яка є вдосконаленим вид робочої, вона так само надійна, як додаткова.
Всі пристрої, які мають побутове призначення, зобов`язані бути обладнані подвійною або посиленою ізоляцією. Причому вона повинна володіти такими характеристиками, щоб витримувати будь-які механічні, електричні і теплові навантаження.
З плином часу ізоляція старіє, і її параметри погіршуються. Цим пояснюється те, що вона вимагає регулярного профілактичного огляду. Його метою є усунення дефектів, а також вимір її активного опору. Для цього використовується спеціальний прилад - мегаомметр.
Приклади завдань з рішеннями
Умова 1: потрібно визначити електричний опір залізного дроту, яка має довжину, рівну 200 м, і площа поперечного перерізу в 5 ммsup2-.
Рішення. Потрібно скористатися другою формулою. У ній невідомо тільки питомий опір. Але його можна подивитися в таблиці. Воно дорівнює 0,098 Ом * мм / м2. Тепер потрібно тільки підставити значення в формулу і порахувати:
R = 0,098 * 200/5 = 3,92 Ом.
відповідь: опір приблизно дорівнює 4 Ом.
Умова 2: обчислити електричний опір провідника, виготовленого з алюмінію, якщо його довжина дорівнює 2 км, а площа перерізу - 2,5 ммsup2-.
Рішення. Аналогічно першому завданні, питомий опір - 0,028 Ом * мм / м2. Щоб отримати правильну відповідь, потрібно перевести кілометри в метри: 2 км = 2000 м. Тепер можна вважати:
R = 0,028 * 2000 / 2,5 = 22,4 Ом.
відповідь: R = 22,4 Ом.
Умова 3: якої довжини буде потрібно дріт, якщо її опір має дорівнювати 30 Ом? Відома площа її перетину - 0,2 ммsup2-, і матеріал - нікелін.
Рішення. З тієї ж формули опору можна отримати вираз для довжини дроту:
l = (R * S) / rho-. Відомо все, крім питомої опору, яке потрібно взяти з таблиці: 0,45 Ом * мм2 / М. Після підстановки і розрахунків виходить, що l = 13,33 м.
відповідь: приблизне значення довжини дорівнює 13 м.
Умова 4: визначити матеріал, з якого виготовлений резистор, якщо його довжина дорівнює 40 м, опір - 16 Ом, перетин - 0,5 ммsup2-.
Рішення. Аналогічно третьої задачі, виражається формула для питомої опору:
rho- = (R * S) / l. Підстановка значень і розрахунки дають такий результат: rho- = 0,2 Ом * мм2 / М. Дане значення питомої опору характерно для свинцю.
відповідь: Свинець.
