Чем отличается сопротивление от удельного сопротивления

Чем отличается сопротивление от удельного сопротивления

Видео: электрическое УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА 8 класс

Сопротивление против удельного сопротивления

Свойства веществ могут быть внутренними или внешними. Внутреннее свойство — это свойство, которое не зависит от количества материала. Например, медный блок будет иметь одинаковую плотность независимо от того, маленький он или большой. Однако масса, которая является еще одним физическим свойством, является внешним свойством, поскольку меньший блок меди будет весить меньше, чем больший блок меди. Таким образом, масса — это внешнее свойство, которое зависит от количества присутствующего материала. Аналогичная разница существует между сопротивлением и удельным сопротивлением, которые являются двумя очень важными физическими свойствами проводников. Давайте посмотрим поближе.

Удельное сопротивление — это внутреннее свойство проводника, которое не зависит от его размера. Следовательно, каждый медный блок (проводник) будет иметь одинаковое удельное сопротивление. С другой стороны, сопротивление — это внешнее свойство, которое означает, что оно зависит от количества присутствующего материала. Таким образом, сопротивление медного блока зависит от массы медного блока. Существует специальная формула, описывающая соотношение между сопротивлением и удельным сопротивлением проводника, которое выглядит следующим образом:

R = p X l / A, или, сопротивление = удельное сопротивление X длина / площадь

Здесь R — сопротивление, p — удельное сопротивление, l — длина, а A — площадь поперечного сечения проводника, по которому течет ток. Поскольку площадь зависит от формы проводника, ее следует рассчитывать в соответствии с формой. Для цилиндрической проволоки площадь рассчитывается следующим образом.

Именно сопротивление, а не удельное сопротивление, принимается во внимание при изучении концепций напряжения и тока в электричестве.

Это также известно как закон Ома.

Инверсия удельного сопротивления называется проводимостью материала, и это понятие используется более широко, чем понятие удельного сопротивления.

Вкратце:

Разница между сопротивлением и удельным сопротивлением

• Сопротивление и удельное сопротивление — это свойства проводников, где сопротивление является внешним свойством, тогда как удельное сопротивление является внутренним свойством.

• Это означает, что удельное сопротивление проводника всегда одинаково и не зависит от его длины или размера.

• Сопротивление и удельное сопротивление материала связаны друг с другом через уравнение, которое выглядит следующим образом

• Удельное сопротивление = сопротивление X площадь поперечного сечения / длина

Сопротивление и удельное сопротивление

Рассмотрите удельное электрическое сопротивление проводника. Узнайте о влиянии характеристик материала на эквивалентное и удельное сопротивление, резисторы.

Сопротивление и удельное сопротивление характеризуют степень, в которой объект или материал препятствуют потоку электрического тока.

Задача обучения

• Выявить свойства материала, описываемые сопротивлением и удельным сопротивлением.

Основные пункты

• Сопротивление объекта основывается на его форме и материале.
• Удельное сопротивление (p) – неотъемлемое свойство материала и прямо пропорционально полному сопротивлению (R).
• Сопротивление отличается в зависимости от материалов. Также и резисторы располагаются на много порядков.
• Резисторы устанавливают последовательно или параллельно. Эквивалентное сопротивление сети резисторов отображает суммирование всего сопротивления.

Термины

• Параллельное эквивалентное сопротивление – сопротивление сети, где каждый резистор подвергается той же разности напряжения, что и токи сквозь них. Тогда обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратного сопротивления всех резисторов в сети.
• Эквивалентное сопротивление – сопротивление сети резисторов, установленных так, что напряжение по сети выступает суммой напряжения на каждом резисторе.
• Удельное сопротивление – степень, в которой материал сопротивляется электрическому потоку.

Сопротивление и удельное сопротивление

Сопротивление – электрическое свойство, создающее препятствия течению. Перемещающийся по проводу ток напоминает воду, текущую в трубе, а падение напряжения – перепад давления. Сопротивление выступает пропорциональным давлению, которое нужно для формирования конкретного потока, а проводимость пропорциональна скорости потока. Проводимость и сопротивление выступают соотносимыми.

Сопротивление основывается на форме и материале объекта. Легче всего рассматривать цилиндрический резистор и уже от него переходить к сложным формам. Электрическое сопротивление цилиндра (R) будет прямо пропорциональным длине (L). Чем длиннее, тем больше столкновений будет происходить с атомами.

Единый цилиндр с длиной (L) и площадью поперечного сечения (А). Сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению жидкости в трубе. Чем длиннее цилиндр, тем сильнее сопротивление. А вот с ростом площади поперечного сечения уменьшается сопротивление

Разные материалы гарантируют различное сопротивление. Определим удельное сопротивление (p) вещества так, чтобы сопротивление (R) было прямо пропорциональным p. Если удельное выступает неотъемлемым свойством, то простое сопротивление – внешнее.

Типичный осевой резистор

Что определяет удельное сопротивление проводника? Сопротивление в зависимости от материала может сильно отличаться. Например, у тефлона проводимость в 10 30 раз ниже, чем показатель меди. Откуда такое отличие? У металла наблюдается огромное количество делокализованных электронов, которые не задерживаются в конкретном месте, а свободно путешествуют на большие дистанции. Однако в изоляторе (тефлон) электроны тесно связаны с атомами и нужна серьезная сила, чтобы оторвать их. В некоторых керамических изоляторах можно встретить сопротивление больше 10 12 Ом. У сухого человека – 10 5 Ом.

Разность напряжения в сети отображает сумму всех напряжений и общее сопротивление передается формулой:

Резисторы в параллельной конфигурации проходят сквозь одинаковую разность напряжения. Поэтому можно вычислить эквивалентное сопротивление сети:

Параллельное эквивалентное сопротивление можно представить в формуле двумя вертикальными линиями или слешем (//). Например:

Каждое сопротивление R задается как R/N. Резисторная сеть отображает комбинацию параллельных и последовательных соединений. Ее можно разбить на более мелкие составляющие.

Эту комбинированную схему можно разбить на последовательные и параллельные компоненты

Некоторые сложные сети нельзя рассмотреть таким способом. Но нестандартное значение сопротивления можно синтезировать, если объединить несколько стандартных показателей последовательно и параллельно. Это также можно использовать для получения сопротивления с более высокой номинальной мощностью, чем у отдельных резисторов. В конкретном случае все резисторы подключены последовательно или параллельно и номинал индивидуальных умножается на N.

Сопротивление. Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м [1] .

Из соотношения следует, что единица измерения удельного сопротивления в системе СИ равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом [2] . Соответственно, удельное сопротивление произвольного вещества, выраженное в единицах СИ, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

В технике также применяется устаревшая внесистемная единица Ом·мм²/м, равная 10 −6 от 1 Ом·м [1] . Данная единица равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом [2] . Соответственно, удельное сопротивление какого-либо вещества, выраженное в этих единицах, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм².

ЭДС

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянногоили переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура [1] .

По аналогии с напряжённостью электрического поля вводят понятие напряжённость сторонних сил , под которой понимают векторную физическую величину, равную отношению сторонней силы, действующей на пробный электрический заряд, к величине этого заряда. Тогда в замкнутом контуре ЭДС будет равна:

где — элемент контура.

ЭДС так же, как и напряжение, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого? источника равна нулю.

ЭДС индукции

Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

где — поток магнитного поля через замкнутую поверхность , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).

Электрическое сопротивление проводника. Единица сопротивления

Сопротивление — одна из сложнейших тем из курса школьной физики. Особенно, когда дело доходит до формул, вытекающих из различных правил, их запоминания и понимания материала.

Поэтому давайте все разложим по полочкам, чтобы не путаться в таких понятиях как: электрическое сопротивление, какая единица измерения силы тока, в чем измеряется напряжение.

Что такое сопротивление: единицы и размерности

Первым, кто предложил и доказал гипотезу о том, что имеется зависимость между силой тока от напряжения был физик Георг Ом. Ученый проводил исследования, достаточно тяжелые для понимания «простым смертным». А мы проведем более понятный всем опыт, который докажет прямую зависимость напряжения и силы тока в проводнике.

Для этого используем источник напряжения со встроенными в него приборами, измеряющими электрическое напряжение и силу тока.

При U в 1 Вольт — через катушку течет ток 0,15 А. Увеличим напряжение до 2 В — ток стал в 2 раза больше. Иногда ученые в своих исследованиях хотят повысить силу тока. Самый легкий для этого способ — это увеличить напряжение. Ведь законом Ома называется прямая пропорциональная зависимость между силой тока, протекающей через проводник, и напряжением, приложенным к ее концам. Его единица измерения — Ом. Поэтому, задаваясь вопросом: от чего зависит сопротивление проводника — ответом является сила тока и напряжение.

Обозначается сила тока латинской буквой I, напряжение — U.

Запомните, что эти две величины равны по фазам. Соответственно при построении векторов они будут располагаться прямо пропорционально (в одну сторону по горизонтали). И у одного и у другого фаза равна 0.

Физический смысл активного сопротивления (Z)

Понятие Z цепи немного отличается от понятия Омического R. В цепи тока может происходить преобразование электрической энергии в механическую. Например, при работе электродвигателя или химическую, при заряде аккумулятора.

В цепи переменного тока может иметь место поглощение электромагнитной энергии в сердечнике катушки. Энергия может передаваться из одной цепи в другую.

В случае переменного тока, его плотность в проводах убывает, поэтому рабочее сечение провода оказывается меньше геометрического размера. Действующее активное R возрастает по сравнению со значением сопротивления, определенного по удельному типу. В результате, при использовании переменного тока, проводник нагревается сильнее, чем при постоянном.

Поэтому в радиотехнике высокой частоты, проводники делают рубчатыми, а поверхность покрывают серебром или золотом, что предотвращает окисление.

Формула активного R: Z=U*I.

Физический смысл реактанса

Электрическая цепь характеризуется 3 параметрами:

• Z;
• индуктивностью (L);
• емкостью (C).

Как мы уже разобрали, в активных элементах электрическая энергия преобразуется в теплоту. Но есть также и реактивные элементы, к которым как раз и относятся индуктивность с емкостью, где энергия в виде тепла не выделяется, а периодически накапливается и возвращается обратно в цепь.

В индуктивности U опережает ток на 90 градусов. Значит, если построить векторы — I будет направлен по горизонтали, а вектор U пойдет под углом 90 градусов, т.е. ровно по вертикали.

В емкости же эти 2 величины просто меняются местами.

Любой элемент в электрической цепи будет иметь свое сопротивление. С омическим R мы уже знакомы. Главное отличие активных элементов от реактивных то, что вторые накапливают в себе энергию и через какое-то время отдают ее.

А как уже было сказано: индуктивность, емкость — реактивные элементы и так же имеют свое сопротивление. Это значит, что существует понятие индуктивное (XL) и емкостное (XC) R.

Формула реактивного сопротивления проводника XC = 1/2πfC

Где f -частота тока,

Отсюда появилась и зависимость:

Удельное сопротивление

Еще раз проговорим, что сопротивление возникает при взаимодействии электронов с ионами кристаллической решетки. Причем, чем больше проводник, тем и сильнее само сопротивление. Поэтому можно и предположить, что толщина проводника так же влияет на R. А разные вещества по-разному проводят ток.

Исходя из всех этих знаний, можно установить следующие физические законы: