Rezistență electrică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 29 ianuarie 2022; verificarea necesită 1 editare .

Rezistență electrică
$\R$
Dimensiune	L 2 MT– 3 I –2 (SI); TL −1(CGSE, sistem Gaussian); LT - 1(SGSM)
Unități
SI	Ohm
SGSE	stat , s/cm
SGSM	abom , cm/s

Rezistența electrică este o mărime fizică care caracterizează proprietatea unui conductor de a împiedica trecerea curentului electric și este egală cu raportul dintre tensiunea de la capetele conductorului și puterea curentului care circulă prin acesta [1]

Rezistența pentru circuitele de curent alternativ și pentru câmpurile electromagnetice alternative este descrisă în termeni de impedanță și rezistență a undelor . Rezistența (rezistor) se mai numește și componentă radio concepută pentru a fi introdusă în circuitele electrice de rezistență activă.

Rezistența (deseori notată cu litera R sau r ) este considerată, în anumite limite, o valoare constantă pentru un conductor dat; se poate calcula ca

R={\frac {U}{I}},

Unde

R - rezistență, Ohm (Ω); U este diferența de potențiale electrice (tensiune) la capetele conductorului, Volt (V); I - curent care circulă între capetele conductorului sub acțiunea unei diferențe de potențial, Amperi (A).

Istorie

În 1826, Georg Ohm a descoperit experimental legea de bază a unui circuit electric, a învățat cum să calculeze rezistența conductorilor metalici și a derivat legea lui Ohm . Astfel, în prima perioadă a dezvoltării ingineriei electrice (1800-1831), au fost create premisele dezvoltării acesteia, pentru aplicațiile ulterioare ale curentului electric.

Însuși conceptul de „rezistență” a apărut cu mult înainte de cercetarea lui Georg Ohm. Pentru prima dată acest termen a fost aplicat și folosit de omul de știință rus Vasily Vladimirovich Petrov . El a stabilit o dependență cantitativă a puterii curentului de aria secțiunii transversale a conductorului: el a susținut că atunci când se folosește un fir mai gros, există o „acțiune mai puternică... și un flux foarte rapid al galvanic- fluid voltaic”. În plus, Petrov a subliniat clar că, odată cu creșterea secțiunii transversale a conductorului (atunci când se utilizează aceeași baterie galvanică), puterea curentului în acesta crește. [2]

Unități și dimensiuni

Dimensiunea rezistenţei electrice în sistemul internaţional de mărimi : dim R \ u003d L 2 MT -3 I -2 . În Sistemul Internațional de Unități (SI) , bazat pe Sistemul Internațional de Unități, unitatea de rezistență este ohmul (desemnarea rusă: Ohm; internațională: Ω). În sistemul CGS , ca atare, unitatea de rezistență nu are o denumire specială, totuși, în extensiile sale ( CGSE , CGSM și sistemul Gaussian de unități ) [3] sunt utilizate :

stat (în sistemul CGSE și Gaussian, 1 statΩ \u003d (10 9 s −2 ) s / cm \u003d 898 755 178 736,818 Ohm (exact) ≈ 8,98755 10 11 Ohm, prin care rezistența conductorului, egală cu rezistența conductorului 1 statvolt curge sub tensiune curent 1 statampere );
abom (în SGSM, 1 abΩ \u003d 1 10 −9 Ohm \u003d 1 nanoohm, egală cu rezistența conductorului prin care curge un curent de 1 abamper sub o tensiune de 1 abvolt ).

Dimensiunea rezistenței în CGSE și sistemul gaussian este TL −1 (adică coincide cu dimensiunea vitezei reciproce , s/cm), în CGSM este LT −1 (adică coincide cu dimensiunea vitezei, cm/s) [4] .

Reciproca de rezistență este conductivitatea electrică , a cărei unitate de măsură în sistemul SI este siemensul (1 Sm = 1 Ohm −1 ), în siemensul statistic CGSE (și gaussian) și în CGSM - absimens [5] .

Fizica fenomenului

Conductivitatea electrică ridicată a metalelor se datorează faptului că au un număr mare de purtători de curent - electroni de conducere formați din electroni de valență ai atomilor de metal care nu aparțin unui anumit atom . Un curent electric dintr-un metal ia naștere sub influența unui câmp electric extern , care provoacă o mișcare ordonată a electronilor. Electronii care se deplasează sub acțiunea câmpului sunt împrăștiați de neomogenitățile rețelei ionice (pe impurități, defecte ale rețelei, precum și încălcări ale structurii periodice asociate cu vibrațiile termice ale ionilor). În acest caz, electronii își pierd impulsul , iar energia mișcării lor este convertită în energia internă a rețelei cristaline, ceea ce duce la încălzirea conductorului atunci când trece un curent electric prin acesta .

În alte medii ( semiconductori , dielectrici , electroliți , lichide nepolare, gaze etc.), în funcție de natura purtătorilor de sarcină, cauza fizică a rezistenței poate fi diferită. Dependența liniară, exprimată prin legea lui Ohm , nu este respectată în toate cazurile.

Rezistența unui conductor, ceteris paribus, depinde de geometria acestuia și de rezistivitatea electrică a materialului din care constă.

Rezistența unui conductor omogen cu secțiune transversală constantă depinde de proprietățile substanței conductorului, lungimea, secțiunea transversală a acestuia și se calculează prin formula:

R={\frac {\rho \cdot l}{S)),

unde ρ este rezistivitatea materialului conductor, Ohm m, l este lungimea conductorului, m și S este aria secțiunii transversale, m².

Rezistența unui conductor omogen depinde și de temperatură .

Rezistivitatea este o mărime fizică scalară , egală numeric cu rezistența unui conductor cilindric omogen de lungime unitară și secțiune transversală unitară.

Rezistența metalelor scade odată cu scăderea temperaturii; la temperaturi de ordinul a câțiva kelvin , rezistența majorității metalelor și aliajelor tinde către sau devine egală cu zero ( efect de supraconductivitate ). Dimpotrivă, rezistența semiconductorilor și izolatorilor crește odată cu scăderea temperaturii (într-un anumit interval). Rezistența se modifică, de asemenea, pe măsură ce crește curentul/tensiunea care circulă prin conductor/semiconductor.

Dependența rezistenței de materialul, lungimea și aria secțiunii transversale a conductorului

Într-un metal, electronii liberi sunt purtători mobili de sarcină. Putem presupune că în timpul mișcării lor haotice se comportă ca molecule de gaz . Prin urmare, în fizica clasică, electronii liberi din metale sunt numiți gaz de electroni și, în prima aproximare, se crede că i se aplică legile stabilite pentru un gaz ideal.

Densitatea gazului de electroni și structura rețelei cristaline depind de tipul de metal. Prin urmare, rezistența unui conductor trebuie să depindă de tipul substanței sale. În plus, trebuie să depindă și de lungimea conductorului, de aria sa transversală și de temperatură.

Influența secțiunii transversale a conductorului asupra rezistenței sale se explică prin faptul că, odată cu scăderea secțiunii transversale, fluxul de electroni în conductor la aceeași putere a curentului devine mai dens, prin urmare, interacțiunea electronilor cu particulele de materie din conductorul devine mai puternic.

Din formula

R={\frac {\rho \cdot l}{S)),

Se poate observa că rezistența unui conductor este direct proporțională cu lungimea sa și invers proporțională cu aria secțiunii sale transversale. Valoarea lui ρ, care caracterizează dependența rezistenței conductorului de materialul din care este realizat și de condițiile exterioare, se numește rezistența specifică a substanței. Rezistența specifică a diferitelor substanțe în calcule este preluată din tabele.

Reciproca rezistivității se numește conductivitate specifică a unei substanțe și se notează σ.

Rezistența corpului uman

Pentru a calcula valoarea periculoasă a curentului care trece printr-o persoană când aceasta ajunge sub o tensiune electrică cu o frecvență de 50 Hertz (Hz), rezistența corpului uman este convențională presupusă a fi de 1 kOhm [6] . Această valoare are puțină legătură cu rezistența reală a corpului uman. În realitate, rezistența unei persoane nu este ohmică, deoarece această valoare, în primul rând, este neliniară în raport cu tensiunea aplicată, în al doilea rând, se modifică în timp, în al treilea rând, este mult mai puțin la o persoană care este îngrijorată și, prin urmare, transpirații etc. d.

Leziunile grave ale țesutului uman sunt de obicei observate cu trecerea unui curent de aproximativ 100 mA. Un curent de până la 1 mA este considerat complet sigur. Rezistența specifică a corpului uman depinde de starea pielii. Pielea uscată are o rezistivitate de ordinul a 10.000 ohm m, astfel încât curenții periculoși pot fi atinși doar la tensiuni semnificative. Cu toate acestea, în prezența umezelii, rezistența corpului uman scade brusc și numai tensiunea sub 12 V poate fi considerată sigură. Rezistența specifică a sângelui este de 1 Ohm m la 50 Hz [7] .

Aspecte metrologice

Instrumente pentru măsurarea rezistenței

Ohmmetru
punte de măsurare
Ampermetru și voltmetru (rezistența se găsește prin formula)

Mijloace de reproducere a rezistenței

Standard de rezistență de stat

GET 14-91 Standard primar de stat al unității de rezistență electrică. Institutul Custode: VNIIM .

Rezistență statică și dinamică

În teoria circuitelor neliniare se folosesc conceptele de rezistență statică și dinamică. Rezistența statică a unui element neliniar al unui circuit electric într-un punct dat din CVC este raportul dintre tensiunea pe element și curentul din acesta. Rezistența dinamică a unui element neliniar al unui circuit electric într-un punct dat din CVC este raportul dintre o creștere infinitezimală a tensiunii și creșterea curentă corespunzătoare.

Vezi și

Note

↑ Rezistența electrică - articol din Marea Enciclopedie Sovietică .
↑ Vasily Petrov - fondatorul ingineriei electrice domestice // / infourok.ru.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, Ediția a 92-a. Ed. William M. Haynes. - 2011. - ISBN 978-1-4398-5511-9
↑ B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. — Manual de fizică pentru ingineri și studenți. — M.: Nauka, 1968. — 939 p.
↑ Uneori, în literatura engleză, siemens este numit mho (numele „inversat” al unității inverse ohm), respectiv pentru CGSE și SGSM - statmho (=statsiemens) și abmho (=absiemens).
↑ 1 kΩ în modelul IEEE Std 80 Arhivat 23 august 2011 la Wayback Machine
↑ Novikov S. G. Efectul curentului electric asupra unei persoane (link inaccesibil) . Institutul de Inginerie Energetică din Moscova. Data accesului: 2013-25-04. Arhivat din original pe 19 iunie 2014. (nedefinit)

Link -uri

Literatură

V. G. Gerasimov, E. V. Kuznetsov, O. V. Nikolaeva. Electrice și Electronice. Carte. 1. Circuite electrice și magnetice. - M. : Energoatomizdat, 1996. - 288 p. — ISBN 5-283-05005-X .