Электрическое сопротивление - одна из важнейших характеристик проводников. Без понимания того, в чем оно измеряется и какие для этого используются единицы, невозможно грамотно подобрать компоненты для электрических схем или определить неисправности в работе приборов.
Определение электрического сопротивления
Электрическое сопротивление - это физическая величина, характеризующая способность проводника противодействовать прохождению электрического тока. Чем выше сопротивление, тем слабее ток в цепи при заданном напряжении.
В 1826 году немецкий ученый Георг Ом экспериментально установил, что сила тока в цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Эту зависимость выражает закон Ома для участка цепи постоянного тока :
I = U/R
где I - сила тока в амперах, U - напряжение в вольтах, R - электрическое сопротивление в омах.
Единица измерения сопротивления - ом
В чем измеряется электрическое сопротивление? В Международной системе единиц (СИ) для него введена специальная единица - ом , обозначаемая буквой Ом с индексом Ω. 1⁄1 Ом - это такое сопротивление проводника, при котором на его концах возникает разность потенциалов (напряжение) 1 Вольт при силе тока 1 Ампер.
Единица сопротивления названа в честь Георга Ома, открывшего закон, связывающий между собой ток, напряжение и сопротивление проводника.
Кратные и дольные единицы сопротивления образуются при помощи приставок СИ:
- килоом (кОм) - 1000 Ом;
- мегаом (МОм) - 1000000 Ом;
- миллиом (мОм) - 0,001 Ом.
В системе СГС для сопротивления также используется своя единица, называемая "сопротивление СГС" и обозначаемая СГСР.
Таким образом, электрическое сопротивление в современной физике стандартно измеряется в омах (Ом).
Измерение сопротивления на практике
Для измерения сопротивления в электрических цепях используется специальный прибор - омметр. Кроме того, такую функцию обычно имеют все современные мультиметры.
Чем измеряется сопротивление при помощи омметра? Для этого прибор пропускает через исследуемый участок цепи слабый электрический ток и измеряет падение напряжения на этом участке. По закону Ома определяется величина сопротивления.
Порядок измерения мультиметром
- Перевести мультиметр в режим измерения сопротивления (омметр)
- Подключить измерительные провода прибора к исследуемому участку цепи
- Считать показания с экрана в омах
При этом очень важно соблюдать технику безопасности и убедиться, что цепь обесточена!
Зависимость сопротивления от параметров проводника
Величина сопротивления зависит не только от материала проводника, но и от его размеров. Эту зависимость описывает формула:
R = ρ·l/S
Здесь ρ - удельное сопротивление материала (зависит только от его природы), l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения. Чем измеряется удельное сопротивление ? Оно выражается в ом·м - то есть это сопротивление проводника длиной в 1 метр и площадью поперечного сечения 1 м2.
Также на величину сопротивления влияет температура. С ростом температуры сопротивление увеличивается.
Применение информации о сопротивлении
Знание сопротивления используется:
- При расчете и проектировании электрических цепей
- Для контроля исправности оборудования
- При подборе нужных значений сопротивления резисторов
Любопытные факты о сопротивлении
Самое большое сопротивление имеет вакуум - 10^16 Ом/м. А самое малое - сверхпроводники при температурах близких к абсолютному нулю.
Особенности сверхпроводимости
При температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15°C), сопротивление некоторых материалов резко падает до нуля. Такое состояние называется сверхпроводимостью .
Объяснение эффекта сверхпроводимости
Современная наука объясняет это квантово-механическим эффектом - образованием так называемых куперовских пар электронов. Они движутся по проводнику, практически не взаимодействуя с кристаллической решеткой, что и обеспечивает полное отсутствие сопротивления.
Перспективы применения
Уникальное свойство сверхпроводимости в последнее время находит все больше практических применений:
- Создание сверхмощных электромагнитов
- Хранение энергии в сверхпроводящих катушках
- Конструирование высокочувствительных датчиков
Температурная зависимость сопротивления
Для большинства проводников характерный рост электрического сопротивления с повышением температуры. Лишь у сверхпроводников наблюдается обратная картина.
Коэффициент температуропроводности
Для количественной оценки влияния температуры используют специальный коэффициент температуропроводности α. Чем выше его значение, тем сильнее изменяется сопротивление при нагреве.
| Металл | α, 1/°C |
| Медь | 0,004 |
| Алюминий | 0,004 |
Учет температурной зависимости на практике
При проектировании радиоэлектронной аппаратуры нужно обязательно учитывать температурную зависимость сопротивления используемых материалов. Иначе характеристики схемы могут выйти за допустимые пределы при нагреве.
Пример расчета
Допустим, в схеме используется резистор с номинальным сопротивлением 100 Ом при 20°C. Требуется рассчитать его сопротивление при повышении температуры до 70°C, если температурный коэффициент резистора составляет 0,005 1/°C.
- Находим разность температур: Δt = 70°C - 20°C = 50°C;
- Умножаем ее на коэффициент: 0,005 1/°C * 50°C = 0,25;
- Умножаем на начальное значение: 100 Ом * 0,25 = 25 Ом;
- Прибавляем к начальному значению: 100 Ом + 25 Ом = 125 Ом.
Ответ: при 70°C сопротивление резистора составит 125 Ом.
Частые ошибки при измерении сопротивления
Несоблюдение правил техники безопасности и невнимательность могут привести к неточным результатам или поломке приборов.
