Что такое сопротивление?

Электрическое сопротивление является одним из важнейших понятий электротехники. А необходимость его определения составляет одну из главных задач теории цепей.

• Что такое сопротивление?
• Сопротивление проводника
• Что такое сопротивление 1 Ом?
• Как найти сопротивление цепи?
• Приборы для измерения сопротивления

Что такое сопротивление?

В электротехнике под сопротивлением подразумевают свойство материального тела оказывать препятствие прохождению электрического тока. Важное пояснение: обычно здесь всегда вместо «материального тела» указывают «проводника», что вносит путаницу и неразбериху, так как слово «проводник» имеет двоякий смысл:

• с одной стороны – это то, что в данном случае проводит электрический ток;
• с другой стороны – существуют проводники, полупроводники, диэлектрики, как раз и обладающие различным электрическим сопротивлением.

Отсюда и второе определение сопротивления – физическая величина, обратная проводимости, вопросам изучения которой посвятил свою научную деятельность выдающийся немецкий учёный Георг Симон Ом. Испытывая разнообразные проводники в собранной схеме, он убедился в их различной проводимости. Это и послужило отправной точкой к появлению такого понятия, как электрическое сопротивление.

Хотя справедливости ради надо сказать, что сам термин «сопротивление» ввёл ещё раньше русский электротехник Василий Владимирович Петров – физик-экспериментатор. Тем не менее честь открытия эмпирического закона Ома принадлежит физику из Германии, именем которого также названа и единица электрического сопротивления – 1 Ом.

Закон Ома для полной цепи выглядит следующим образом:

I = E/(R+r)

Здесь:

• E – ЭДС источника напряжения, В;
• I – сила тока в цепи, А;
• R – сумма сопротивлений всех внешних элементов цепи, Ом;
• r – сопротивление (внутреннее) источника напряжения, Ом.

Или по-другому:

E = Ir + IR

Что означает равенство суммы падений напряжений на внешней цепи и внутреннем сопротивлении источника ЭДС источника.

Исходя из закона Ома в определённых пределах сопротивление, являющееся постоянным и обозначаемое буквами R или r, можно рассчитать по формуле:

R = U/I

где U – напряжение (разность электрических потенциалов) на концах проводника, В; I – сила тока, протекающего из одного конца проводника в другой, А.

Что касается переменных величин сопротивления, фигурирующего в цепях переменного тока или в изменяющихся электромагнитных полях, то здесь оперируют понятиями импеданса (комплексного сопротивления) и волнового сопротивления. Полное сопротивление цепи переменного тока, включающее в себя активную и реактивную (индуктивную и ёмкостную) составляющие, рассчитывается по формуле:

Z = √(R^2+X^2)

Здесь: Z – полное сопротивление, R – активное сопротивление цепи переменного тока. X = XC + XL, – сумма реактивного ёмкостного и индуктивного сопротивлений, проявляющих себя в цепях переменного тока.

Ещё одним понятием (названием технического изделия, употребляемого в электронике и электротехнике) сопротивления выступают резисторы, несущие на себе активную нагрузку.

Сопротивление проводника

Сопротивление проводника напрямую зависит от его геометрических размеров, а также материала изготовления. Меньшее сопротивление протеканию электрического тока будет оказывать проводник более толстого сечения и меньшей длины. Математически это выглядит следующим образом:

R = p l/S

• R – электрическое сопротивление проводника, Ом.
• p – удельное сопротивление проводника, Ом·мм²/м.
• l – длина проводника, м.
• S – площадь сечения проводника, м².

Самыми меньшими удельными сопротивлениями обладают:

• серебро – 0,016 Ом·мм²/м;
• медь – 0,0175 Ом·мм²/м;
• золото – 0,023 Ом·мм²/м;
• алюминий – 0,029 Ом·мм²/м.

Наибольшие удельные сопротивления у графита – 13 Ом·мм²/м, фарфора – 1019 Ом·мм²/м, эбонита – 1020 Ом·мм²/м.

Что такое сопротивление 1 Ом?

Исходя из закона Ома, очень легко догадаться, что сопротивлением в 1 Ом обладает проводник с приложенным к нему напряжением в 1В, при проходе сквозь него электрического тока величиной в 1А. Также можно задать геометрию (длину, ширину, высоту) конкретных материалов, обладающих сопротивлением в 1 Ом.

Как найти сопротивление цепи?

Чтобы рассчитать сопротивление электрической цепи, необходимо иметь в наличии:

• Амперметр – прибор для измерения силы тока, который необходимо устанавливать в цепь последовательно с нагрузкой. Более удобны в этом отношении токоизмерительные клещи, позволяющие проводить бесконтактные замеры.
• Вольтметр – прибор для измерения напряжения или ЭДС, устанавливаемый в обязательном порядке параллельно источнику или нагрузке электрической цепи.

Сняв показания этих двух приборов и разделив полученную величину напряжения на величину силы тока (R = U/I), легко определить сопротивление исследуемой цепи.

Приборы для измерения сопротивления

Сегодня промышленностью изготавливается множество видов и типов приборов, позволяющих измерять сопротивление (тестеры, мультиметры). Но все они содержат в себе омметр – электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения активных (омических) сопротивлений. Изготовленные на базе современной электроники, они позволяют делать замеры как в цепях постоянного, так и переменного тока. В зависимости от диапазонов и величин измеряемых сопротивлений, омметры подразделяются на ряд модификаций:

• Микроомметры и миллиомметры.
• Мегаомметры, гигаомметры, тераомметры.

Для высокоточных измерений сопротивления используется измерительный мост, в одно из «плеч» которого подключается измерительный элемент. Если нет ни того ни другого, то собрав схему и включив в неё амперметр и вольтметр, сопротивление можно определить расчётно-экспериментальным путём.

Очень важно при всех этих манипуляциях не попасть под воздействие электрического тока, так как сопротивление тела человека, условно принятого величиной в 1 Ом, не предназначено для подобных воздействий, могущих вызвать необратимые последствия!