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