5. Электрическое сопротивление и проводимостЬ.
При прохождении электрического тока по проводнику движущиеся свободные электроны (ионы), сталкиваясь с атомами или молекулами проводника, испытывают при этом противодействие своему движению, которое характеризует сопротивление проводника. Сопротивление оценивают отношением напряжения, приложенного к концам проводника, к силе тока в нем, т. е. сопротивление:
Единицей измерения сопротивления в системе СИ служит ом (Ом):
Сопротивлением 1 Ом обладает проводник, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А.
Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью:
Единицей проводимости является сименс:
Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением р, т. е.
Удельное сопротивление, так же как и удельная проводимость, зависит от свойств материала и его температуры.
Заменив удельную проводимость удельным сопротивлением, получим:
откуда удельное сопротивление:
Единицей удельного сопротивления в системе СИ является Ом•м, так как:
Удельные сопротивления для металлов при такой единице измерения выражаются очень малыми числами, что неудобно. Поэтому единицу удельного сопротивления определяют, измеряя длину провода в метрах, а сечение — в квадратных миллиметрах. При этих условиях единица удельного сопротивления:
причем единица удельной проводимости:
или в системе СИ:
Значения удельных сопротивлений ряда материалов при температуре 20° С даны в табл.
Табл. Характеристики некоторых проводниковых электротехнических материалов.
В диэлектриках (электроизоляционных материалах) ток может проходить как через толщу диэлектрика, т. е. через объем материала — объемный ток, так и по поверхности диэлектрика — поверхностный ток. В соответствии с этим имеются два понятия:
1 Объемное сопротивление;
2 Поверхностное сопротивление.
Объемный ток в диэлектрике:
Удельное объемное сопротивление численно равно сопротивлению диэлектрика сечением S и длиной l Таким образом, единицей объемного удельного сопротивления будет Ом-м, так как
Рисунок 1. Резистор.
Графическое обозначение сопротивления (резистора) R:
Переменные резисторы
Поверхностный ток:
Удельное поверхностное сопротивление численно равно сопротивлению поверхности щириной d и длиной l. Таким образом, единицей удельного поверхностного сопротивления будет 1 Ом, так как
откуда видно, что она не зависит от размеров.
Устройства, предназначенные для включения в электрическую цепь с целью ограничения или регулирования тока в ней, называются резисторами (рис.) или реостатами (рис.). Они изготовляются проволочными и непроволочными d постоянным значением сопротивления и регулируемыми (переменными). Термин «сопротивление» иногда раньше применялся как название устройства для ограничения тока в цепи.
Для нагревательных приборов, реостатов, резисторов применяется проволока из материалов с высоким удельным сопротивлением (табл.). Это позволяет при малой длине проволоки получить нужную величину сопротивления. Проволока в виде спирали накладывается на основание из керамики или другого изоляционного материала.
Рисунок 2. Реостат