Elektrisk resistans

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 29 januari 2022; verifiering kräver 1 redigering .
Elektrisk resistans
Dimensionera L 2 MT– 3 I –2 (SI); TL −1(CGSE, Gaussiskt system); LT- 1(SGSM)
Enheter
SI Ohm
SGSE stat , s/cm
SGSM abom , cm/s

Elektriskt motstånd  är en fysisk storhet som kännetecknar egenskapen hos en ledare att förhindra passage av elektrisk ström och är lika med förhållandet mellan spänningen i ledarens ändar och styrkan hos strömmen som flyter genom den [1]

Motstånd för växelströmskretsar och för alternerande elektromagnetiska fält beskrivs i termer av impedans och vågmotstånd . Motstånd (motstånd) kallas också en radiokomponent som är utformad för att införas i elektriska kretsar med aktivt motstånd.

Motstånd (ofta betecknat med bokstaven R eller r ) anses, inom vissa gränser, som ett konstant värde för en given ledare; det kan beräknas som

var

R  - resistans, Ohm (Ω); U  är skillnaden i elektriska potentialer (spänning) vid ändarna av ledaren, Volt (V); I  - ström som flyter mellan ändarna av ledaren under inverkan av en potentialskillnad, Ampere (A).

Historik

1826 upptäckte Georg Ohm experimentellt grundlagen för en elektrisk krets, lärde sig hur man beräknar motståndet hos metallledare och härledde Ohms lag . Sålunda, under den första perioden av utvecklingen av elektroteknik (1800-1831), skapades förutsättningarna för dess utveckling, för efterföljande tillämpningar av elektrisk ström.

Själva begreppet "motstånd" dök upp långt före Georg Ohms forskning. För första gången användes och användes denna term av den ryske vetenskapsmannen Vasilij Vladimirovich Petrov . Han fastställde ett kvantitativt beroende av strömstyrkan på ledarens tvärsnittsarea: han hävdade att när man använder en tjockare tråd, finns det en "starkare verkan ... och ett mycket snabbt flöde av galvanisk- voltaisk vätska." Dessutom påpekade Petrov tydligt att med en ökning av ledarens tvärsnitt (när du använder samma galvaniska batteri), ökar strömstyrkan i den. [2]

Enheter och mått

Dimensionen av elektriskt motstånd i det internationella kvantitetssystemet : dim R \ u003d L 2 MT -3 I -2 . I det internationella enhetssystemet (SI) , baserat på det internationella enhetssystemet, är resistansenheten ohm (rysk beteckning: Ohm; internationell: Ω). I CGS- systemet som sådant har motståndsenheten inget speciellt namn, men i dess tillägg ( CGSE , CGSM och Gaussian system of units ) [3] används :

Dimensionen på motståndet i CGSE och Gausssystemet är TL −1 (det vill säga det sammanfaller med dimensionen av den reciproka hastigheten , s/cm), i CGSM är det LT −1 (det vill säga det sammanfaller med dimension av hastigheten, cm/s) [4] .

Motståndets reciproka är den elektriska ledningsförmågan , vars måttenhet i SI-systemet är siemens (1 Sm = 1 Ohm −1 ), i CGSE (och Gauss) statistiska siemens och i CGSM - absimens [5] .

Fenomenets fysik

Den höga elektriska ledningsförmågan hos metaller beror på att de har ett stort antal strömbärare- ledande elektroner bildade av valenselektroner av metallatomer som inte tillhör en specifik atom . En elektrisk ström i en metall uppstår under påverkan av ett externt elektriskt fält , vilket orsakar en ordnad rörelse av elektroner. Elektroner som rör sig under fältets verkan sprids av inhomogeniteter hos jongittret (på föroreningar, gitterdefekter, såväl som kränkningar av den periodiska strukturen i samband med termiska vibrationer av joner). I det här fallet förlorar elektronerna sin rörelsemängd och energin i deras rörelse omvandlas till den inre energin i kristallgittret, vilket leder till uppvärmning av ledaren när en elektrisk ström passerar genom den .

I andra medier ( halvledare , dielektrika , elektrolyter , opolära vätskor, gaser , etc.), beroende på laddningsbärarnas natur, kan den fysiska orsaken till motståndet vara annorlunda. Linjärt beroende, uttryckt av Ohms lag , observeras inte i alla fall.

Motståndet hos en ledare, ceteris paribus, beror på dess geometri och på den elektriska resistiviteten hos materialet som den består av.

Motståndet hos en homogen ledare med konstant tvärsnitt beror på egenskaperna hos ledarens ämne, dess längd, tvärsnitt och beräknas med formeln:

där ρ är resistiviteten för ledarmaterialet, Ohm m, l  är ledarlängden, m och S  är tvärsnittsarean, m².

Motståndet hos en homogen ledare beror också på temperaturen .

Resistivitet är en skalär fysisk storhet , numeriskt lika med resistansen hos en homogen cylindrisk ledare av enhetslängd och enhetstvärsnittsarea.

Metallernas motstånd minskar med sjunkande temperatur; vid temperaturer i storleksordningen några kelviner tenderar motståndet hos de flesta metaller och legeringar till eller blir lika med noll ( superledningseffekt ). Tvärtom ökar motståndet hos halvledare och isolatorer med sjunkande temperatur (i ett visst område). Resistansen ändras också när strömmen/spänningen som flyter genom ledaren/halvledaren ökar.

Resistansberoende på ledarens material, längd och tvärsnittsarea

I en metall är fria elektroner mobila laddningsbärare. Vi kan anta att de under sin kaotiska rörelse beter sig som gasmolekyler . Därför, i klassisk fysik, kallas fria elektroner i metaller för en elektrongas och, i den första approximationen, tror man att lagarna som fastställts för en ideal gas är tillämpliga på den.

Elektrongasens densitet och kristallgittrets struktur beror på typen av metall. Därför måste motståndet hos en ledare bero på typen av dess ämne. Dessutom måste det också bero på ledarens längd, dess tvärsnittsarea och temperatur.

Ledartvärsnittets inverkan på dess motstånd förklaras av det faktum att med en minskning av tvärsnittet blir flödet av elektroner i ledaren vid samma strömstyrka tätare, därför blir interaktionen mellan elektroner och partiklar av materia i ledaren blir starkare.

Från formeln

Det kan ses att motståndet hos en ledare är direkt proportionell mot dess längd och omvänt proportionell mot dess tvärsnittsarea. Värdet på ρ, som kännetecknar ledarens motståndsberoende på materialet från vilket den är gjord och på yttre förhållanden, kallas ämnets specifika motstånd . Den specifika resistensen för olika ämnen i beräkningarna är hämtad från tabellerna.

Resistivitetens reciproka kallas för ett ämnes specifika konduktivitet och betecknas σ.

Människokroppens motstånd

Metrologiska aspekter

Instrument för att mäta motstånd

Medel för reproduktion av motstånd

Statlig standard för motstånd

Statiskt och dynamiskt motstånd

I teorin om olinjära kretsar används begreppen statiskt och dynamiskt motstånd. Det statiska motståndet för ett icke-linjärt element i en elektrisk krets vid en given punkt i dess CVC är förhållandet mellan spänningen över elementet och strömmen i det. Den dynamiska resistansen hos ett icke-linjärt element i en elektrisk krets vid en given punkt i dess CVC är förhållandet mellan ett oändligt litet spänningsökning och motsvarande strömökning.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Elektriskt motstånd - artikel från Great Soviet Encyclopedia . 
  2. ↑ Vasily Petrov - grundaren av inhemsk elektroteknik  // / infourok.ru.
  3. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92:a upplagan. Ed. William M. Haynes. - 2011. - ISBN 978-1-4398-5511-9
  4. ↑ B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. — Handbok i fysik för ingenjörer och universitetsstuderande. — M.: Nauka, 1968. — 939 sid.
  5. ↑ Ibland i engelsk litteratur kallas siemens för mho (”inverterat” namn på den inversa enheten ohm), respektive för CGSE och SGSM - statmho (=statsiemens) och abmho (=absiemens).
  6. ↑ 1 kΩ i IEEE Std 80- modellen Arkiverad 23 augusti 2011 på Wayback Machine
  7. ↑ Novikov S. G. Effekten av elektrisk ström på en person (otillgänglig länk) . Moscow Power Engineering Institute. Tillträdesdatum: 2013-25-04. Arkiverad från originalet den 19 juni 2014. 

Länkar

Litteratur