Меню

Сопротивление цепи постоянного тока называется омическое

Сопротивление электрической цепи.

Сопротивление электрической цепи – это величина, которая описывает способность проводника не пропускать электрический ток через себя. Сопротивление электрической цепи равняется напряжению на концах проводника, деленному на силу тока, которая течет по данному проводнику.

Сопротивление электрической цепи переменного тока и переменного электрического поля можно характеризовать с помощью таких понятий, как импеданс и волновое сопротивление. Сопротивление, или резистор – это не только физическое явление, но и радиоэлектронная деталь, которая позволяет создавать активное сопротивление в электрической цепи.

Как правило, сопротивление электрической цепи обозначается буквой R или r. Данную величину принимают за константу в определенных пределах для конкретного проводника. Формула для расчета сопротивления электрической цепи:

R — сопротивление электрической цепи, Ом;

U — разность электрических потенциалов, или напряжение, на концах проводника, В;

I — сила тока, текущего между концами проводника благодаря разности потенциалов, А.

Сопротивление электрической цепи.

Влияние размера (площади поперечного сечения и длины) проводника и материала, из которого он изготовлен, на сопротивление электрической цепи.

В металле роль подвижных переносчиков электрического заряда играют свободные электроны. Они ведут себя таким образом, что их можно считать эквивалентными молекулам в газе, хаотично двигающимся. Обычно в физике свободно движущиеся электроны принимают за электронный газ, это означает, что при первом приближении они подчиняются тем же законам, с помощью которых описывают молекулы в идеальном газе.

Вид металла, который был использован при изготовлении проводника, влияет на плотность электронного газа и строение его кристаллической решетки. Отсюда следует, что и сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен. Также оно зависит от длины проводника, площади его поперечного сечения и температуры.

От величины сечения проводника напрямую зависит сопротивление. Так происходит потому, что поток электронов одинаковой силы при прохождении через меньшее сечение приобретает большую плотность, при этом электроны начинают взаимодействовать с частицами вещества, из которого изготовлен проводник, более активно.

видно, что сопротивление проводника прямо зависит от его длины и обратно — от площади его поперечного сечения. Удельное сопротивление вещества ρ показывает, как зависит сопротивление проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних факторов. Его величину при необходимости берут из справочных таблиц, у каждого вещества оно различное.

Существует также величина, σ, обратная удельному сопротивлению. Она называется удельной проводимостью.

Сопротивление тела человека.

Грань между безопасным и опасным для здоровья человека воздействием электрического тока зафиксирована на значении 1кОм при частоте напряжения тока 50 Гц. Но данную величину никак нельзя назвать сопротивлением человеческого тела. Сопротивление тела человека зависит от множества факторов и является нелинейным по отношению к приложенному напряжению, а также не омическим. Здесь важны изменения во времени, также нужно учитывать тот факт, что человек при волнении потеет и его сопротивление понижается. Существуют и другие причины, из-за которых однозначно определить сопротивление тела человека не так просто, как сопротивление электрической цепи.

Заметные повреждения человек получает при прохождении через его тело тока силой от 100 мА и выше. Ток силы 1 мА принят как абсолютно безопасный. Также удельное сопротивление тела человека подвержено влиянию со стороны состояния его кожи. Если она сухая, то ее сопротивление равно примерно 10000 Ом•м и чтобы достигнуть повреждений, необходимо подать ток с большим напряжением. Если же кожа сырая, то сопротивление сильно понижается и ток напряжением выше 12 В становится опасным. Удельное сопротивление крови равно 1 Ом•м при 50 Гц.

Источник



Электрическое (омическое) сопротивление

При движении свободные электроны в проводнике сталкиваются на своем пути с атомами и ионами вещества, из которого выполнен проводник, и передают им часть своей энергии. При этом энергия движущихся электронов в результате столкновения их с атомами и ионами частично рассеивается в виде тепла, нагревающего проводник.

Ввиду того что электроны, сталкиваясь с частицами проводника, пре­одолевают некоторое сопротивление движению, принято говорить, что про­водники обладают электрическим (омическим) сопротивлением. Если сопро­тивление проводника мало, он сравнительно слабо нагревается током; если же сопротивление велико, проводник может раскалиться.

За единицу сопротивления принято сопротивление в один Ом. Сопро­тивлением в 1 Ом обладает проводник, по которому проходит ток в 1 А при разности потенциалов на его концах (напряжении), равной 1 В. На практике часто сопротивления измеряют тысячами омов – килоомами (кОм) или мил­лионами омов – мегомами (МОм). Сопротивление обозначается буквой r или R.

Проводник можно характеризовать не только его сопротивлением, но и так называемой проводимостью – способностью проводить электрический ток. Проводимость есть величина, обратная сопротивлению, т. е. она равна . Единица проводимости называется сименсом (См); . Проводи­мость обозначают буквой g или G.

Электропроводность различных материалов. Атомы разных веществ оказывают неодинаковое сопротивление прохождению электрического тока; поэтому различные материалы обладают неодинаковой электропроводно­стью.

О способности отдельных веществ проводить электрический ток можно судить по их удельному электрическому сопротивлению ρ. Удельное электрическое сопротивление определяется сопротивлением куба со стороной ребра в 1 м. Удельное электрическое сопротивление измеряют в Ом·м. Часто удельное электрическое сопротивление выражают в Ом·см.

Читайте также:  Из чего состоит регулятор тока

Проводниковые материалы применяют главным образом в виде прово­лок, шин или лент, поперечное сечение которых принято выражать в квад­ратных миллиметрах, а длину – в метрах. Поэтому удельное электрическое сопротивление подобных материалов измеряют также в Ом·мм 2 /м (сопротив­ление проводника длиной 1 м и сечением 1 мм 2 ). Например, удельное сопро­тивление проволоки из серебра при 20° С составляет 0,016, меди – 0,0172-0,0182, алюминия – 0,0295, стали – 0,1250-0,146 Ом·мм 2 /м.

Для суждения об электропроводности различных материалов пользу­ются понятием удельной электрической проводимости Ее измеряют в См/м, См/см, а для проводниковых материалов – в См·м/мм 2 .

В электротехнике в качестве проводниковых материалов используют главным образом медь и алюминий, имеющие сравнительно малое удельное сопротивление. В случаях же, когда необходим материал с высоким ее сопро­тивлением (для различных нагревательных приборов, реостатов и пр.), при­меняют специальные сплавы: константан, манганин, нихром, фехраль и др., удельное сопротивление их составляет 0,4-1,12 Ом·мм 2 /м.

Кроме металлических проводников, используются и неметаллические, например, уголь, из которого изготовляют щетки электрических машин, элек­троды для прожекторов и пр. Проводниками электрического тока являются толща земли, живые ткани растений, животных и человека. Проводят элек­трический ток сырое дерево и многие другие увлажненные изоляционные материалы.

Электрическое сопротивление проводника зависит не только от мате­риала, но и от его длины l и поперечного сечения s. Для прямолинейного про­водника постоянного сечения

Если удельное сопротивление выражено в Ом·мм 2 /м, то, для того чтобы получить сопротивление проводника по формуле (5) в омах, длину его надо выражать в метрах, а площадь поперечного сечения – в квадратных миллиметрах.

Электропроводность металлических проводников зависит от их темпе­ратуры. При нагревании размах и скорость колебаний атомов в кристалличе­ской решетке металла увеличиваются, вследствие чего возрастает и сопро­тивление, которое они оказывают электронному потоку.

О степени изменения сопротивления проводников при изменении температуры судят по так называемому температурному коэффициенту сопротивления α. Этот коэффициент показывает, какую долю составляет изменение сопротив­ления проводника от начальной его величины при изменении температуры на 1º С; .значение α для меди и алюминия при температуре от 0 до 100° С равно 0,004, для константана – 0,000005. Сопротивление металлического провод­ника rt при заданном интервале температур можно определить по формуле

где r – сопротивление проводника при некоторой начальной темпера­туре t (обычно при температуре + 20° С); t-t – изменение температуры.

Свойство металлических проводников увеличивать свое сопротивле­ние при нагревании часто используется в современной технике для измерения температуры. Так, например, при испытаниях электрических машин темпера­туру нагрева их обмоток определяют измерением их сопротивления в холод­ном состоянии и после работы под нагрузкой в течение установленного вре­мени. По такому же принципу устроены так называемые термометры сопро­тивления, которые выполнены в виде тонких проволочек, закладываемых в различные части машин, нагревательных устройств и пр. По изменению со­противления этих проволочек судят об изменении температуры частей машин и устройств в процессе работы. В ряде случаев используются некоторые сплавы, у которых в определенном интервале температур электрическое со­противление меняется сравнительно мало; к ним относятся константан, ни­хром и фехраль.

Некоторые неметаллические проводники, как, например, уголь и гра­фит уменьшают свое сопротивление при повышении температуры; эти мате­риалы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Уменьшают свое сопротивление с ростом температуры также электролиты, полупроводники и диэлектрики. При этом сопротивление изменяется у них заметнее, чем у металлов. Многие полупроводники и изоляционные мате­риалы при нагреве на несколько десятков или сотен градусов изменяют свое сопротивление в сотни тысяч и миллионы раз. Вблизи абсолютного нуля (- 273,16° С) некоторые металлы почти полностью утрачивают электрическое сопротивление. Они становятся «идеальными проводниками», способными длительное время пропускать ток по замкнутой цепи без воздействия источ­ника электрической энергии. Это явление названо сверхпроводимостью. Оно наблюдается у алюминия, цинка, олова, свинца и других металлов.

Источник

Виды сопротивлений

Существуют следующие сопротивления:

1. Омическое сопротивление

2. Активное сопротивление

3. Индуктивное сопротивление

4. Емкостное сопротивление

Индуктивное и емкостное сопротивления являются реактивными, что значит не вызывающими безвозвратных потерь энергии переменного тока.

Омическое сопротивление — это сопротивление цепи постоянному току вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.

Единственной причиной вызывающей потери постоянного тока является противодействие материала проводника. На преодоление этого противодействия затрачивается часть энергии постоянного тока, которая превращается в тепловую энергию нагревающую проводник. Эта часть энергии обратно в проводник в виде энергии постоянного тока не возвращается.

На резисторах написана величина их омического сопротивления, т. е. сопротивления постоянному току.

Величина омического сопротивления не зависит от величины тока.

Активное сопротивление — это сопротивление цепи переменному току вызывающее безвозвратные потери энергии переменного тока.

Читайте также:  Как определить ток в обмотке имеющей n витков

Причины вызывающие безвозвратные потери переменного тока:

-противодействие материала проводника

-вихревые токи (они образуются в сердечниках катушек и нагревают их)

-потери энергии электрического тока за счет перемагничивания сердечника, т. е. на ликвидацию остаточного магнетизма при перемагничивании сердечника

-потери за счет излучения электромагнитной энергии ( любой проводник по которому идет переменный ток излучает электромагнитные волны которые уходят в пространство)

-в радиоаппаратуре провода идут вблизи друг от друга, переменный ток проходя по одному проводу индуктирует токи в близлежащих проводах

Индуктивное сопротивление — это противодействие тока самоиндукции катушки нарастающему току генератора.

На преодоление этого противодействия затрачивается часть энергии переменного тока генератора. Вся эта часть энергии полностью превращается в энергию магнитного поля катушки. Когда ток генератора будет убывать, магнитное поле катушки тоже будет убывать пересекая витки катушки и индуктируя в цепи ток самоиндукции. Теперь ток самоиндукции будет идти в одном направлении с убывающим током генератора. Таким образом вся энергия затраченная током генератора на преодоление противодействия тока самоиндукции катушки полностью вернулась в цепь в виде энергии электрического тока. Поэтому индуктивное сопротивление является реактивным, что значит не вызывающим безвозвратных потерь энергии. Слово реакция обозначает обратное действие.

Емкостное сопротивление — это противодействие электродвижущей силы заряжаемого конденсатора заряду этого конденсатора.

Вся энергия затрачиваемая источником тока на преодоление емкостного сопротивления превращается в энергию электрического поля конденсатора. Когда конденсатор будет разряжаться вся энергия электрического поля вернется обратно в цепь в виде энергии электрического тока. Таким образом емкостное сопротивление является реактивным.

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи

Источник

Омическое(активное) сопротивление — это сопротивление цепи постоянному току вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.

Переменный электрический ток.

Переменным называется ток, который с течением времени изменяет свою величину или направление.

В промышленности наибольшее распространение получил синусоидальный переменный ток, то есть ток, величина которого изменяется со временем по закону синуса или косинуса:

где Im- амплитуда тока, F=(w t+j0 ) — фаза колебаний, j0 — начальная фаза.

Цепь переменного тока с омическим сопротивлением. Соединим последовательно активное сопротивление R, катушку индуктивностью L и конденсатор электроемкостью С . Напряжение U, приложенное к данной цепи, распределяется на трех сопротивлениях — активном R, индуктивном XL и емкостном Хс.

Омическое(активное) сопротивление — это сопротивление цепи постоянному току вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.

Единственной причиной вызывающей потери постоянного тока является противодействие материала проводника. На преодоление этого противодействия затрачивается часть энергии постоянного тока, которая превращается в тепловую энергию нагревающую проводник. Эта часть энергии обратно в проводник в виде энергии постоянного тока не возвращается.

На резисторах написана величина их омического сопротивления, т. е. сопротивления постоянному току.

Величина омического сопротивления не зависит от величины тока.

Как следует из последнего выражения, вид закона Ома для цепи переменного тока, содержащей сопротивление r, тот же, что для цепи постоянного тока. Кроме того, из закона Ома видна пропорциональность между мгновенным значением напряжения и мгновенным значением тока. Отсюда следует, что в цепи переменного тока, содержащей сопротивление r, напряжение и ток совпадают по фазе. На рис. 135 даны кривые напряжения и тока и векторная диаграмма для рассматриваемой цепи, причем длины векторов обозначают действующие значения напряжения и тока.


Рис. 135. Графики и векторная диаграмма для цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление

Сопротивление проводников переменному току несколько больше их сопротивления постоянному току * (см. § 65). Поэтому сопротивление проводников переменному току называют активным в отличие от сопротивления, которое оказал бы этот проводник при постоянном токе. Обозначается оно также буквой r.

* (Это объясняется тем, что при переменном токе наблюдается неравномерное распределение тока по сечению проводника, так что плотность тока будет возрастать от оси к поверхности проводника. Это явление называется поверхностным эффектом. Неравномерная плотность тока приводит к увеличению сопротивления проводника. Однако при стандартной частоте 50 гц, небольшом сечении и медных или алюминиевых проводах явление поверхностного эффекта сказывается слабо. При высокой частоте, большем сечении и стальных проводах оно значительно.)

Цепь переменного тока с индуктивностью.Рассмотрим цепь (рис. 4.6), в которой к катушке индуктивности L, не обладающей активным сопротивлением (R = 0), приложено синусоидальное напряжение (4.6).

Рис. 16. Векторная диаграмма для идеального индуктивного сопротивления

Рис.17. Векторная диаграмма реального индуктивного сопротивления

Рис. 19. Векторная диаграмма идеального емкостного сопротивления

Реальные конденсаторы также имеют внутреннее активное сопротивление. Поэтому их можно представить как последовательное соединение идеального конденсатора и внутреннего активного сопротивления (рис.20):

Рис.20. Векторная диаграмма реального емкостного сопротивления

Протекающий через катушку переменный ток создает в ней ЭДС самоиндукции , которая в соответствии с правилом Ленца направлена таким образом, что препятствует изменению тока. Другими словами, ЭДС самоиндукции направлена навстречу приложенному напряжению. Тогда в соответствии со вторым правилом Кирхгофа можно записать:

Читайте также:  Таблица по физике 8 класс физические величины сила тока напряжение сопротивление

(4.9)
Согласно закону Фарадея ЭДС самоиндукции
(4.10)
Подставив (4.10) в (4.9), получим:

Решение этого дифференциального уравнения имеет вид:
(4.12), где (4.13)
Деля обе части равенства (4.13) на , получим для действующих значений

(4.14)
Соотношение (4.14) представляет собой закон Ома для цепи с идеальной индуктивностью, а величина называется индуктивным сопротивлением.Индуктивное сопротивление измеряется в омах.
Мгновенная мощность в цепи с чисто индуктивным сопротивлением равна:
(4.15)

Положительные значения мощности соответствуют потреблению энергии катушкой, а отрицательные — возврату запасенной энергии обратно источнику. Средняя за период мощность равна нулю. Следовательно, цепь с индуктивностью мощности не потребляет — это чисто реактивная нагрузка. В этой цепи происходит лишь перекачивание электрической энергии от источника в катушку и обратно. Индуктивное сопротивлениеявляется реактивным сопротивлением.

Цепь переменного тока с емкостьюРассмотрим электрическую цепь, в которой переменное напряжение (4.6) приложено к емкости С.
Мгновенное значение тока в цепи с емкостью равно скорости изменения заряда на обкладках конденсатора:
; но поскольку q = СU, то
, где (4.25)
Мы видим, что в этой цепи ток опережает напряжение на 2. Переходя в формуле (4.25) к действующим значениям переменного тока

) , получим: (4.26)

Это закон Ома для цепи переменного тока с емкостью, а величина называется емкостным сопротивлением. Векторная диаграмма для этой цепи показана на рис. 4.12, а временная – на рис. 4.13
Мгновенная мощность в цепи, содержащей емкость:
(4.27)

Мы видим, что мгновенная мощность изменяется с удвоенной частотой (рис. 4.13). При этом положительные значения мощности соответствуют заряду конденсатора, а отрицательные — его разряду и возврату запасенной энергии в источник. Средняя за период мощность здесь равна нулю, поскольку в цепи с конденсатором активная мощность не потребляется, а происходит обмен электрической энергией между конденсатором и источником. Следовательно, конденсатор так же, как и индуктивность, является реактивным сопротивлением.

В общем случае ток и напряжение достигают своих максимальных значений не одновременно. При этом говорят, что имеет место разность фаз тока и напряжения (сдвиг по фазе).

Разностью фаз тока и напряжения называется доля периода, на которую одна функция опережает другую (или отстает от нее).

При этом если ток по фазе отстает от напряжения, разность фаз считается положительной (φ >0), в противном случае разность фаз считается отрицательной(φ 0 . В примере, приведенном на рис.2.1, ток опережает напряжение, значит, φ °

Приведенный пример определяет метод измерения разности фаз: измерив по шкале на экране осциллографа и Т, разность фаз можно определить по формуле:

Разность фаз напряжения и тока

Условимся под разностью фаз j напряжения и тока всегда понимать разность начальных фаз напряжения и тока (а не наоборот):

Поэтому на векторной диаграмме угол j отсчитывается в направлении от вектора I к вектору U (рис. 3.10).

Именно при таком определении разности фазугол j равен аргументу комплексного сопротивления. Угол j положителен при отстающем токе ( ) и отрицателен при опережающем токе ( ).
Разность фаз между напряжением и током зависит от соотношения индуктивного и емкостного сопротивлений. При имеем и ток отстает по фазе от напряжения, . При имеем , ток совпадает по фазе с напряжением, rLC-цепь в целом проявляет себя как активное сопротивление. Это случай так называемого резонанса в последовательном контуре. Наконец, при имеем , ток опережает по фазе напряжение.

Векторные диаграммы для трех возможных соотношений даны на рис. 3.11. При построении этих диаграмм начальная фаза тока ; принята равной нулю. Поэтому равны друг другу.
Рассматривая при заданной частоте цепь по рис. 3.8 в целом как пассивный двухполюсник, можно ее представить одной из трех эквивалентных схем: при как последовательное соединение сопротивления и индуктивности ( ), при как сопротивление r и при как последовательное соединение сопротивления и емкости ( ). При заданных L и С соотношение между зависит от частоты, а потому от частоты зависит и вид эквивалентной схемы.
Выше, в разделе, было принято, что задан ток, а определялись напряжения на элементах и на входных выводах цепи. Однако часто бывает задано напряжение на выводах, а ищется ток. Решение такой задачи не представляет труда. Записав по заданным величинам комплексное напряжение U и комплексное сопротивление Z, определим комплексный ток

и тем самым действующий ток и начальную фазу тока.
Часто равной нулю принимается начальная фаза заданного напряжения: . В этом случае, как следует из раздела, начальная фаза тока ; равна и противоположна по знаку разности фаз j, т. е .
Установленные выше соотношения между амплитудами и действующими токами и напряжениями, а также выражение для сдвига фаз ф позволяют вычислить ток и не прибегая к записи закона Ома в комплексной форме. Подробно этот путь решения показан в примере 3.4.

Полное сопротивление в цепи переменного тока (Z).

Источник