Modifica della resistenza elettrica. Resistenza elettrica

Tra gli altri indicatori che caratterizzano un circuito elettrico o un conduttore, vale la pena evidenziare la resistenza elettrica. Determina la capacità degli atomi di un materiale di impedire il passaggio diretto degli elettroni. Un aiuto nella determinazione di questo valore può essere fornito sia da un dispositivo specializzato - un ohmmetro, sia da calcoli matematici basati sulla conoscenza delle relazioni tra quantità e proprietà fisiche del materiale. L'indicatore si misura in Ohm (Ohm), indicato dal simbolo R.

La legge di Ohm: un approccio matematico per determinare la resistenza

La relazione stabilita da Georg Ohm definisce la relazione tra tensione, corrente, resistenza, in base alla relazione matematica dei concetti. La validità della relazione lineare - R = U/I (rapporto tensione/corrente) - non viene rispettata in tutti i casi.
Unità [R] = B/A = Ohm. 1 Ohm è la resistenza di un materiale attraverso il quale scorre una corrente di 1 ampere con una tensione di 1 volt.

Formula empirica per il calcolo della resistenza

I dati oggettivi sulla conduttività di un materiale derivano dalle sue caratteristiche fisiche, che determinano sia le sue proprietà che la sua risposta alle influenze esterne. In base a ciò, la conduttività dipende da:

• Misurare.
• Geometria.
• Temperature.

Gli atomi di un materiale conduttivo si scontrano con gli elettroni direzionali, impedendo loro di avanzare. Ad alta concentrazione di questi ultimi gli atomi non riescono a resistere e la conduttività risulta elevata. Grandi valori di resistenza sono tipici dei dielettrici, che hanno praticamente zero conduttività.

Una delle caratteristiche distintive di ciascun conduttore è la sua resistività - ρ. Determina la dipendenza della resistenza dal materiale del conduttore e dalle influenze esterne. Questo è un valore fisso (all'interno di un materiale) che rappresenta i dati del conduttore delle seguenti dimensioni: lunghezza 1 m (ℓ), area della sezione trasversale 1 mq. Pertanto il rapporto tra queste quantità è espresso dalla relazione: R = ρ* ℓ/S:

• La conduttività di un materiale diminuisce all'aumentare della sua lunghezza.
• Un aumento della sezione trasversale del conduttore comporta una diminuzione della sua resistenza. Questo schema è dovuto alla diminuzione della densità elettronica e, di conseguenza, il contatto delle particelle materiali con essi diventa meno frequente.
• Un aumento della temperatura del materiale stimola un aumento della resistenza, mentre un abbassamento della temperatura ne comporta una diminuzione.

Si consiglia di calcolare l'area della sezione trasversale secondo la formula S = πd 2 / 4. Un metro a nastro aiuterà a determinare la lunghezza.

Rapporto con il potere (P)

In base alla formula della legge di Ohm, U = I*R e P = I*U. Pertanto, P = I 2 *R e P = U 2 /R.
Conoscendo l'entità della corrente e della potenza, la resistenza può essere determinata come: R = P/I 2.
Conoscendo la tensione e la potenza, la resistenza può essere facilmente calcolata utilizzando la formula: R = U 2 /P.

La resistenza del materiale e i valori di altre caratteristiche correlate possono essere ottenuti utilizzando appositi strumenti di misura o in base a leggi matematiche stabilite.

La lezione discuterà la dipendenza della corrente in un circuito dalla tensione e introdurrà il concetto di resistenza del conduttore e l'unità di misura della resistenza. Verranno prese in considerazione la diversa conduttività delle sostanze e le ragioni della sua presenza e dipendenza dalla struttura del reticolo cristallino della sostanza.

Argomento: Fenomeni elettromagnetici

Lezione: Resistenza elettrica di un conduttore. Unità di resistenza

Cominciamo col raccontare come siamo arrivati ​​a una grandezza fisica come la resistenza elettrica. Studiando i principi dell'elettrostatica, si è già discusso del fatto che diverse sostanze hanno diverse proprietà di conduttività, cioè di trasmissione di particelle cariche libere: i metalli hanno una buona conduttività, motivo per cui sono chiamati conduttori, il legno e la plastica hanno una conduttività estremamente scarsa, che ecco perché sono chiamati non conduttori (dielettrici). Tali proprietà sono spiegate dalle peculiarità della struttura molecolare della sostanza.

I primi esperimenti per studiare le proprietà di conduttività delle sostanze furono condotti da diversi scienziati, ma gli esperimenti dello scienziato tedesco Georg Ohm (1789-1854) passarono alla storia (Fig. 1).

Gli esperimenti di Ohm erano i seguenti. Ha utilizzato una fonte di corrente, un dispositivo in grado di registrare la corrente e vari conduttori. Collegando vari conduttori al circuito elettrico assemblato, si convinse della tendenza generale: all'aumentare della tensione nel circuito, aumentava anche la corrente. Inoltre, Ohm ha osservato un fenomeno molto importante: quando si collegano conduttori diversi, la dipendenza dell'aumento della corrente con l'aumento della tensione si manifesta in modo diverso. Tali dipendenze possono essere rappresentate graficamente, come nella Figura 2.

Riso. 2.

Nel grafico, l'asse delle ascisse mostra la tensione e l'asse delle ordinate mostra l'intensità della corrente. Nel sistema di coordinate sono tracciati due grafici che dimostrano che in circuiti diversi l'intensità della corrente può aumentare a velocità diverse all'aumentare della tensione.

Come risultato dei suoi esperimenti, Georg Ohm conclude che diversi conduttori hanno proprietà di conduttività diverse. Per questo motivo è stato introdotto il concetto di resistenza elettrica.

Definizione. Viene chiamata una quantità fisica che caratterizza la proprietà di un conduttore di influenzare la corrente elettrica che lo attraversa resistenza elettrica.

Designazione:R.

Unità: Ohm.

Come risultato degli esperimenti sopra menzionati, si è scoperto che la relazione tra tensione e corrente in un circuito dipende non solo dalla sostanza del conduttore, ma anche dalle sue dimensioni, di cui parleremo in una lezione separata.

Parliamo più in dettaglio dell'emergere di un concetto come la resistenza elettrica. Oggi la sua natura è abbastanza ben spiegata. Quando gli elettroni liberi si muovono, interagiscono costantemente con gli ioni che fanno parte del reticolo cristallino. Pertanto, il rallentamento del movimento degli elettroni in una sostanza a causa delle collisioni con i nodi del reticolo cristallino (atomi) provoca la manifestazione di resistenza elettrica.

Oltre alla resistenza elettrica, viene introdotta un'altra grandezza correlata: la conduttività elettrica, che è reciproca rispetto alla resistenza.

Descriviamo le dipendenze tra le quantità che abbiamo introdotto nelle ultime lezioni. Sappiamo già che all'aumentare della tensione aumenta anche la corrente nel circuito, cioè sono proporzionali:

D'altra parte, all'aumentare della resistenza del conduttore, si osserva una diminuzione dell'intensità della corrente, ovvero sono inversamente proporzionali:

Gli esperimenti hanno dimostrato che queste due dipendenze portano alla seguente formula:

Da ciò quindi si ricava come viene espresso 1 ohm:

Definizione. 1 Ohm è una resistenza alla quale la tensione alle estremità del conduttore è 1 V e la corrente che lo attraversa è 1 A.

La resistenza di 1 ohm è molto piccola, quindi, di norma, in pratica vengono utilizzati conduttori con una resistenza molto più elevata di 1 kOhm, 1 Mohm, ecc.

In conclusione, possiamo concludere che corrente, tensione e resistenza sono quantità correlate che si influenzano a vicenda. Di questo parleremo in dettaglio nella prossima lezione.

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Pag. aggiuntivacollegamenti consigliati a risorse Internet

1. Scuola per elettricisti ().
2. Ingegnere elettrico ().

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- una grandezza elettrica che caratterizza la proprietà di un materiale di impedire il passaggio di corrente elettrica. A seconda del tipo di materiale, la resistenza può tendere a zero, essere minima (miglia/micro ohm - conduttori, metalli) o essere molto elevata (giga ohm - isolanti, dielettrici). Il reciproco della resistenza elettrica è .

Unità resistenza elettrica - Ohm. È designato dalla lettera R. Viene determinata la dipendenza della resistenza dalla corrente in un circuito chiuso.

Ohmmetro- un dispositivo per la misurazione diretta della resistenza del circuito. A seconda dell'intervallo del valore misurato, sono suddivisi in gigaohmmetri (per grandi resistenze - quando si misura l'isolamento) e micro/miliohmmetri (per piccole resistenze - quando si misurano resistenze di transizione di contatti, avvolgimenti del motore, ecc.).

Esiste un'ampia varietà di ohmmetri in base al design di diversi produttori, da quelli elettromeccanici a quelli microelettronici. Vale la pena notare che un ohmmetro classico misura la parte attiva della resistenza (i cosiddetti ohm).

Qualsiasi resistenza (metallica o semiconduttore) in un circuito di corrente alternata ha una componente attiva e una reattiva. La somma della resistenza attiva e reattiva è Impedenza del circuito CA e si calcola con la formula:

dove Z è la resistenza totale del circuito in corrente alternata;

R è la resistenza attiva del circuito a corrente alternata;

Xc è la reattanza capacitiva del circuito in corrente alternata;

(C - capacità, w - velocità angolare della corrente alternata)

Xl è la reattanza induttiva del circuito in corrente alternata;

(L è l'induttanza, w è la velocità angolare della corrente alternata).

Resistenza attiva- fa parte della resistenza totale di un circuito elettrico, la cui energia viene completamente convertita in altri tipi di energia (meccanica, chimica, termica). Una proprietà distintiva del componente attivo è il consumo completo di tutta l'elettricità (nessuna energia viene restituita alla rete) e la reattanza restituisce parte dell'energia alla rete (una proprietà negativa del componente reattivo).

Il significato fisico della resistenza attiva

Ogni ambiente in cui passano le cariche elettriche crea ostacoli sul loro percorso (si ritiene che questi siano nodi del reticolo cristallino), nei quali sembrano colpire e perdere la loro energia, che viene rilasciata sotto forma di calore.

Si verifica così una caduta (perdita di energia elettrica), parte della quale viene persa a causa della resistenza interna del mezzo conduttore.

Il valore numerico che caratterizza la capacità di un materiale di impedire il passaggio di cariche si chiama resistenza. Si misura in Ohm (Ohm) ed è inversamente proporzionale alla conduttività elettrica.

Diversi elementi della tavola periodica di Mendeleev hanno diverse resistività elettriche (p), ad esempio la più piccola. Argento (0,016 Ohm*mm2/m), rame (0,0175 Ohm*mm2/m), oro (0,023) e alluminio (0,029) hanno resistenza. Sono utilizzati nell'industria come materiali principali su cui sono costruite tutta l'ingegneria elettrica e l'energia. I dielettrici, al contrario, hanno un elevato valore di shock. resistenza e vengono utilizzati per l'isolamento.

La resistenza del mezzo conduttivo può variare in modo significativo a seconda della sezione trasversale, della temperatura, dell'entità e della frequenza della corrente. Inoltre, ambienti diversi hanno portatori di carica diversi (elettroni liberi nei metalli, ioni negli elettroliti, “buchi” nei semiconduttori), che sono i fattori determinanti della resistenza.

Significato fisico della reattanza

Nelle bobine e nei condensatori, quando applicati, l'energia si accumula sotto forma di campi magnetici ed elettrici, il che richiede del tempo.

I campi magnetici nelle reti a corrente alternata cambiano seguendo la direzione mutevole del movimento delle cariche, fornendo allo stesso tempo una resistenza aggiuntiva.

Inoltre, si verifica uno spostamento stabile di fase e corrente, che porta a ulteriori perdite di elettricità.

Resistività

Come possiamo conoscere la resistenza di un materiale se non c'è flusso attraverso di esso e non abbiamo un ohmmetro? C'è un valore speciale per questo - resistività elettrica del materiale V

(si tratta di valori tabellari determinati empiricamente per la maggior parte dei metalli). Utilizzando questo valore e le quantità fisiche del materiale, possiamo calcolare la resistenza utilizzando la formula:

Dove, P— resistività (unità ohm*m/mm2);

l—lunghezza del conduttore (m);

S - sezione trasversale (mm 2).

Quando un circuito elettrico è chiuso, in presenza di una differenza di potenziale ai terminali, allora, in questo caso, si verifica l'azione di una corrente elettrica. L'intensità del campo elettrico influenza gli elettroni liberi, facendoli muovere lungo il conduttore. Durante il movimento, gli elettroni entrano in collisione con gli atomi del conduttore, liberando l'energia cinetica disponibile. Tutti gli elettroni si muovono a una velocità continuamente variabile.

La diminuzione della velocità si verifica quando gli elettroni entrano in collisione con altri elettroni e atomi sul loro percorso. Successivamente, sotto l'influenza dell'elettricità, la velocità del movimento degli elettroni aumenta nuovamente fino ad una nuova collisione.

Questo processo è continuo, a seguito del quale il flusso di elettroni nel conduttore si muove in modo uniforme. Allo stesso tempo, gli elettroni, mentre si muovono, incontrano costantemente resistenza. Ciò alla fine porta al riscaldamento del conduttore.

Cos'è la resistenza del conduttore

La resistenza è una proprietà di un mezzo o di un corpo che facilita la conversione dell'energia elettrica in calore quando viene attraversato da una corrente elettrica. È possibile modificare il valore corrente in un circuito utilizzando una resistenza elettrica variabile chiamata reostato. La resistenza richiesta viene inserita utilizzando uno speciale cursore impostato in una determinata posizione.

Un conduttore di lunga lunghezza e piccola sezione ha una resistenza maggiore. Al contrario, un conduttore corto con una sezione trasversale ampia può fornire pochissima resistenza alla corrente.

Due conduttori aventi la stessa sezione e lunghezza, ma costituiti da materiali diversi, conducono l'elettricità in modi completamente diversi. Ne consegue che il materiale influisce direttamente sulla resistenza.

Influenza di fattori aggiuntivi

Ulteriori fattori influenzano il valore e la temperatura intrinseca del conduttore. All'aumentare della temperatura si verifica un aumento della resistenza in vari metalli. Nei liquidi e nel carbone, al contrario, la resistenza diminuisce. Esistono alcuni tipi di leghe in cui la resistenza praticamente non cambia con l'aumentare della temperatura.

Pertanto, la resistenza di un conduttore dipende da fattori quali la sua lunghezza e sezione trasversale, nonché dalla temperatura e dal materiale di cui è costituito. La resistenza di tutti i conduttori è misurata in ohm.

Con un'elevata resistenza, un tale conduttore ha, di conseguenza, una conduttività inferiore e, al contrario, una bassa resistenza contribuisce a una conduttività molto migliore della corrente elettrica. Pertanto, i valori di conduttività e resistenza hanno il significato opposto.

Assemblando un circuito elettrico costituito da una sorgente di corrente, un resistore, un amperometro, un voltmetro e un interruttore, si può dimostrare che forza attuale (IO ) che scorre attraverso il resistore è direttamente proporzionale alla tensione ( U ) alle sue estremità: I-U . Rapporto tensione/corrente U/I - c'è una quantità costante.

Di conseguenza, esiste una grandezza fisica che caratterizza le proprietà del conduttore (resistore) attraverso il quale scorre la corrente elettrica. Questa quantità si chiama resistenza elettrica conduttore o semplicemente resistenza. La resistenza è indicata dalla lettera R .

(R) è una quantità fisica pari al rapporto di tensione ( U ) alle estremità del conduttore alla forza di corrente ( IO ) in lui. R = U/I . Unità di resistenza – Ohm (1 ohm).

Un ohm- la resistenza di un conduttore in cui la corrente è di 1A con una tensione ai capi di 1V: 1 Ohm = 1 V/1 A.

La ragione per cui un conduttore ha resistenza è dovuta al movimento direzionale delle cariche elettriche al suo interno impedito dagli ioni del reticolo cristallino fare movimenti irregolari. Di conseguenza, la velocità del movimento direzionale delle cariche diminuisce.

Resistività elettrica

R - questa è una quantità che caratterizza il materiale di cui è costituito il conduttore. È chiamato resistività del conduttore, il suo valore è pari alla resistenza di un conduttore di lunghezza 1 m e area della sezione trasversale 1 m2.

L'unità di resistività del conduttore è: [p] = 1 0m 1 m 2 / 1 m. Spesso viene misurata l'area della sezione trasversale mm2, pertanto, nei libri di consultazione i valori di resistività del conduttore sono indicati come in Ohm così dentro Ohmm2/m.

Modificando la lunghezza del conduttore, e quindi la sua resistenza, è possibile regolare la corrente nel circuito. Il dispositivo con cui è possibile farlo si chiama reostato.