Электричество, пожалуй, наиболее изученный человечеством источник энергии и, как следствие, внедрился в нашу жизнь так плотно, что даже подумать о том, что его нет – уже кощунство. А ведь когда-то, в течение многих столетий, люди использовали в повседневной жизни только забавную игрушку – притяжение натертым шерстью камнем мелких предметов. Этот камень был нынешний янтарь, а по-гречески он назывался «электрон». Через много столетий это имя получила первая открытая элементарная частица – самая легкая из несущих заряд. Судьба оказалась благосклонной к электрону: именно он стал основным переносчиком энергии электрического поля.
На своем начальном уровне вещество представляет атомарную структуру планетарного типа – в центре ядро из протонов-нейтронов и электронные оболочки. Внешние электронные оболочки атомов вещества обмениваются электронами, поэтому в межатомном пространстве некоторых из них, преимущественно тех, которые проявляют свойства металлов, образуется облако свободных электронов. Обычно из таких материалов изготавливают провода для передачи электрического тока. На эффективность передачи тока влияют многие причины, в т.ч. и сопротивление проводника – неотъемлемая особенность каждого проводящего материала. Если к концам проводника подключить источник электрического напряжения, то по нему будет протекать электрический ток. Причина его возникновения – разность потенциалов на концах проводника. Электроны, оказавшись в электрическом поле, образуют направленное движение от большего потенциала к меньшему, вдоль проводника любой длины, и при этом транспортируют энергию источника питания. Использовать эту энергию может любой потребитель, подключенный к электрической цепи.
Лучшие из материалов-проводников применяют для изготовления проводов магистральных линий, передающих электрический ток на тысячи километров от электростанций. Что же служит критерием отбора материала проводников? Такой характеристикой является сопротивление проводника. Каким образом оно проявляется в проводнике? Согласно теории электричества, свободные электроны движутся по проводнику, обладая определенной энергией. На пути их движения возникают столкновения с атомами вещества, и приходится делиться с ними энергией. Мы ощущаем этот «передел», а фактически потери энергии, как нагрев проводника.
Отсюда вытекают вечные инженерные проблемы, в которых главный участник действа – сопротивление проводника. Именно этот параметр электрической цепи определяет невозвратные потери энергии, причем они пропорционально растут с увеличением длины провода L. Следующим геометрическим параметром проводника, влияющим на сопротивление, является сечение провода S. С увеличением сечения проводника его сопротивление пропорционально уменьшается. Для оценки материалов с точки зрения пригодности использования их в качестве провода, применяется еще одна характеристика, которая называется «удельное сопротивление»: это сопротивление проводника сечением 1 мм кв. и длиной 1 м. Теперь, предварительно взяв из таблицы значение удельного сопротивления ƿ для соответствующего материала, можно рассчитать сопротивление проводника. Формула дает значение R – Омм, если ƿ – Омм *м/ мм кв. , S – мм кв., L – м.
R =( ƿ * L) / S.
По указанной формуле можно выполнить расчеты для любых случаев, если известны исходные данные. А что делать, если проводник есть, а таблиц и измерителей диаметра и длины провода под рукой нет, иначе говоря, каким прибором измеряют сопротивление проводника? В таких случаях применяют измерительный прибор, который называется омметром.
Существует и применяется много различных вариантов омметров, реализующих всевозможные принципы работы, но наиболее часто применяют схемы измерения токов через испытуемое сопротивление проводника и калиброванный резистор или измерение падения напряжения на испытуемом резисторе при откалиброванном токе в измерительной цепи.
