Чем обусловлено сопротивление проводников: Чем обусловлено сопротивление проводников? — Универ soloBY

Содержание

Сопротивление электрическому току. — Основы электроники

Свободные электроны в проводнике, перемещаясь по цепи, сталкиваются с атомами, которые в свою очередь препятствуют потоку электронов, тем самым уменьшая значение электрического тока. Это препятствие называется сопротивлением электрическому току, и обозначается буквой R. Любой материал имеет свое сопротивление электрическому току или электрическую проводимость (величина обратная сопротивлению).
Сопротивление подобно тому, что мы в знакомой нам схеме потока воды движущегося из бака А в бак В, заменим участок трубопровода на более тонкий, что конечно уменьшит общий поток воды приходящий в бак В.

 

Любой материал обладает сопротивлением, которое зависит от свойств самого материала: температуры, размера, формы и др.
Материалы, имеющие низкое сопротивление электрическому току называются проводниками. Мы с вами помним, что проводники имеют много свободных электронов, тем самым оказывают малое сопротивление току.

Примером хороших проводников являются: золото, медь, серебро, алюминий, платина.
В свою очередь материалы, имеющие большое сопротивление току, называются диэлектриками или изоляторами. Диэлектрики имеют малое количество свободных электронов, чем и обусловлено их высокое сопротивление электрическому току. Здесь же примерами хороших изоляторов могут служить: пластмасса, резина, стекло, слюда.
Единица измерения сопротивления является Ом. Названа эта единица измерения в честь немецкого ученого-физика Георга Симона Ома.
Один Ом – это такое сопротивление материала, которое при приложенном напряжения в один вольт, позволяет протекать току равному один ампер. Обычно для обозначения символа Ом используют греческую букву
омега

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

 

Добавить комментарий

%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%be%d0%b5%20%d1%81%d0%be%d0%bf%d1%80%d0%be%d1%82%d0%b8%d0%b2%d0%bb%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5 — со всех языков на все языки

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────Айнский языкАканАлбанскийАлтайскийАрабскийАрагонскийАрмянскийАрумынскийАстурийскийАфрикаансБагобоБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийБурятскийВаллийскийВарайскийВенгерскийВепсскийВерхнелужицкийВьетнамскийГаитянскийГреческийГрузинскийГуараниГэльскийДатскийДолганскийДревнерусский языкИвритИдишИнгушскийИндонезийскийИнупиакИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКиргизскийКитайскийКлингонскийКомиКомиКорейскийКриКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛюксембургскийМайяМакедонскийМалайскийМаньчжурскийМаориМарийскийМикенскийМокшанскийМонгольскийНауатльНемецкийНидерландскийНогайскийНорвежскийОрокскийОсетинскийОсманскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийРумынский, МолдавскийСанскритСеверносаамскийСербскийСефардскийСилезскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТатарскийТвиТибетскийТофаларскийТувинскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеркесскийЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШайенскогоШведскийШорскийШумерскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЮпийскийЯкутскийЯпонский

 

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────АймараАйнский языкАлбанскийАлтайскийАрабскийАрмянскийАфрикаансБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийВенгерскийВепсскийВодскийВьетнамскийГаитянскийГалисийскийГреческийГрузинскийДатскийДревнерусский языкИвритИдишИжорскийИнгушскийИндонезийскийИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКитайскийКлингонскийКорейскийКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛожбанМайяМакедонскийМалайскийМальтийскийМаориМарийскийМокшанскийМонгольскийНемецкийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийПуштуРумынский, МолдавскийСербскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТамильскийТатарскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧаморроЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШведскийШорскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЯкутскийЯпонский

лабораторная работа 32

Рассмотрим классическую теорию.

Под действием внешнего электрического поля  электроны  будут совершать упорядоченное движение (см. рис. 3), т.к. на них  действует  электрическая сила Fе = еЕ , кроме того, на электрон со стороны поля кристаллической решетки  действует сила сопротивления Fс = -. Поэтому общая сила, действующая на электрон, равна

F = еЕ –.                                       (2)

 

По второму закону Ньютона

mа = еЕ –.                                    (3)

 

Дрейфовая скорость  будет увеличиваться до тех пор, пока Fе

= Fс, а = 0, т.е. еЕ = , отсюда

u =.                                            (4).

 

Величина, равная b = , называется подвижностью электрона.

 

Смысл коэффициента следующий. Пусть Е = 0, тогда (3) запишется в

виде mа = –.Так как ускорение электрона определяется по формуле: 

 

, то

 

  ,      или      .             (5)

 

Из (5) следует, что u=. Если , то t = τ и  это время, за ко-

торое электрон  уменьшает дрейфовую скорость в  раз. За это время он пробегает расстояние, которое называется транспортным:

L = ,                                           (6)

где γ – число столкновений (рассеяния) электронов с дефектами; – средняя длина свободного пробега электрона между двумя последовательными столкновениями. За  время τ электрон испытывает γ число столкновений с дефектами кристаллической решетки и пробегает транспортное расстояние L.

С другой стороны, транспортное расстояние равно

L=, так как электрон движется со средней скоростью.

С  учетом (6) получим

 или .                          (7)

 

Подставляя (7) в (4), найдем

u = .                                       (8)

 

Плотность тока равна

j = u,                                                          (9)

 

где n – концентрация электронов.

Подставляя (8) в (9), получим

j =.                                    (10)

 

Закон Ома в дифференциальной форме

j =.                                                (11)

 

Тогда с учетом (10) и (11) имеем

 и .                    (12)

 

Полученная, с точки зрения квантовой теории, формула удельного сопротивления  ρ имеет такой же вид, что и формулы (12).

Но вместо  m, , , рассмотренные в классической теории, в квантовой теории вводятся: эффективная масса , фермиевская скорость   и длина свободного пробега . Учитывая эти изменения, формула (12) приобретет следующий вид (13):

.                                     (13)

 

Квантово-механические расчеты показывают, что при низких температурах число столкновений , а . Тогда удельное сопротивление ρ пропорционально и сопротивление металлов обусловлено рассеянием электронов проводимости на дефектах и ионах кристаллической решетки.

При высоких температурах сопротивление в основном обусловлено рассеянием электронов на тепловых ионах кристаллической решетки (фононах), а сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на дефектах, пренебрежимо мало. Поэтому при высоких температурах  не зависит от

Т, а . Тогда .

Расчет показывает, что при высоких температурах удельное сопротивление зависит от температуры:

 ,                                              (14)

где α – температурный коэффициент сопротивления;  – удельное сопротивление при температуре 0 °С; t – температура по шкале Цельсия.

Температурный коэффициент α равен относительному изменению удельного сопротивления при изменении температуры проводника на 1 градус:

, .

 

Для металлических изотропных проводников коэффициент  почти не зависит от температуры и примерно равен . Так как сопротивление металлических проводников зависит от  [см. формулу (1)], т.е. R~, то с учетом (14) сопротивление можно представить в виде

R = R0(1+).                                     (15)

 

Откуда можно найти :

  ,                                      (16)

 

где R­0 – сопротивление проводника при t = 0°С.

 

Для металлических проводников , т.е. с увеличением температуры сопротивление увеличивается. Поэтому эти проводники называются проводниками I рода. Для электролитов, графита и других , т.е. с увеличением температуры сопротивление проводника уменьшается. Они называются проводниками II рода.

 

Ход работы

 

Схема установки приведена на рис. 4. Исследуемый проводник помещается в колбу, заполненную непроводящей жидкостью (масло, глицерин, дистиллированная вода). Температура измеряется термометром.

Для равномерного нагревания жидкость перемешивается мешалкой. Исследуемый проводник R подключается в качестве неизвестного сопротивления к клеммам измерительного моста. Измеряют сопротивление исследуемого проводника при комнатной температуре.

Включают нагреватель и непрерывно перемешивают жидкость мешалкой.

Сопротивление проводников Сверхпроводимость Электронная теория проводимости металлов Законы

Сопротивление проводников. Сверхпроводимость. Электронная теория проводимости металлов. Законы Ома и Джоуля – Ленца в дифференциальной форме

18. 1. Сопротивление проводников. 18. 2. Сверхпроводимость. 18. 3. Электронная теория проводимости металлов. 18. 4. Законы Ома и Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.

8. 1. Сопротивление проводников объясняется тем, что: 1. При движении электронов между узлами кристаллической решетки происходят соударения, т. к. атомы (ионы) кристаллической решетки колеблются около положения равновесия. Чем выше температура проводника, тем больше амплитуда колебания атомов (ионов), тем больше сопротивление проводника. Электрическим сопротивлением проводника обусловлено явление преобразования электрической энергии в тепловую при прохождении электрического тока по проводнику

2. Т. к. кристаллическая решетка состоит из ионов, внутри проводника возникает периодическое электрическое поле. Потенциал этого поля тоже изменяется по периодическому закону, поэтому упорядоченное движение электронов нарушается. Экспериментально установлено, что сопротивление проводников R зависит от температуры по закону (8. 1) Рис. 8. 1.

Однако на практике коэффициенты β и γ столь малы, что ими пренебрегают. Если выразить эту зависимость графически, то можно заметить, что при абсолютном нуле сопротивление проводников должно упасть до нуля. Однако это далеко не всегда так. В формуле зависимости сопротивления от температуры α называется температурным коэффициентом сопротивления (т. к. с. ) и индивидуален для каждого проводника. Для выяснения физического смысла α поступим следующим образом: (8. 2) (8. 3) Из (8. 3) вычтем (8. 2) и получим Итак — физическая величина, численно равная относительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 С. К оглавлению

8. 2. Сверхпроводимость В 1911 году Камерлинг — Онессом было открыто явление сверхпроводимости, когда при охлаждении проводника ниже критической температуры его сопротивление практически уменьшалось до нуля. В установке Камерлинг — Онесса в сосуде Дьюара с жидким гелием находился ртутный замкнутый виток, в котором индуцировался электрический ток, затем судили о величине этого тока по интенсивности магнитного поля около сосуда. Схема опыта Камерлинг — Онесса. Первая фаза опыта. Ключ К 1 замкнут, а ключ К 2 – разомкнут. В цепи идет ток. Вторая фаза опыта. Отключаем источник тока путем размыкания ключа К 1, при одновременном замыкании ключа К 2. В течение длительного времени фиксируется ток в цепи, погруженной в жидкий гелий. Рис. 8. 2. К оглавлению

8. 3. Электронная теория проводимости металлов Сопротивление однородного по сечению и химическому составу реального проводника можно рассчитать по формуле (8. 5) Где l — длина проводника, S — поперечное сечение проводника, ρ— удельное сопротивление проводника. Отсюда — т. е. ρ — физическая величина, численно равная сопротивлению куба вещества с ребром, равным 1. (8. 6) Согласно классической электронной теории проводимости, электроны в металле представляют собой идеальный газ. Экспериментальное доказательство того, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов, было дано в опытах Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси (в 1913 г. ), Стюартом и Толменом (в 1916 г. ). Схема этих опытов такова. На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга (рис. 8. 4). К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр.

Катушку приводят в быстрое вращение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы будут некоторое время двигаться относительно проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникнет электрический ток. Ток будет существовать незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток, прекращается. Рис. 8. 4. Наблюдения показали, что в цепи после остановки катушки некоторое время существует ток. Направление его говорит о том, что он создается движением отрицательно заряженных частиц. Переносимый при этом заряд пропорционален отношению заряда частиц, создающих ток, к их массе, т. е. |q 0|/m. Поэтому, измеряя заряд, проходящий через гальванометр за все время существования тока в цепи, удалось определить отношение |q 0|/m. Оно оказалось равным 1, 8 1011 Кл/кг. Эта величина совпадает с отношением заряда электрона к его массе e/m, найденным ранее из других опытов. К оглавлению

8. 4. Законы Ома и Джоуля — Ленца в дифференциальной форме При прохождении электрического тока по проводнику совершается работа A=q. U, которая по закону сохранения и превращения энергии, идет на нагревание проводника. Если ток постоянный, то q=It, тогда A=UIt (8. 7) Это математическое представление закона Джоуля — Ленца. Мощность, выделяемая в цепи равна (8. 8) Выделим в веществе элементарный отрезок и применим к нему закон Ома для участка цепи: Подставив в формулу закона Ома получим: (8. 9)

(8. 10) В векторной форме Это и есть запись закона Ома в дифференциальной форме. Итак, плотность тока прямо пропорциональна напряженности электрического поля. (8. 11) По определению мощность тока — (8. 12) объемная плотность мощности. (8. 13) Тогда закон Джоуля — Ленца в дифференциальной форме запишется (8. 14) т. е. объемная плотность мощности тока прямо пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. К оглавлению

Проект по физике «исследование зависимости электрического сопротивления проводника от температуры»

Газы

Газы выполняют роль диэлектрика и не могут проводить электроток. А для того чтобы он сформировался необходимы носители зарядов. В их роли выступают ионы, и они возникают за счет влияния внешних факторов.

Зависимость можно рассмотреть на примере. Для опыта используется такая же конструкция, что и в предыдущем опыте, только проводники заменяются металлическими пластинами. Между ними должно быть небольшое пространство. Амперметр должен указывать на отсутствие тока. При помещении горелки между пластинами, прибор укажет ток, который проходит через газовую среду.

Ниже предоставлен график вольт-амперной характеристики газового разряда, где видно, что рост ионизации на первоначальном этапе возрастает, затем зависимость тока от напряжения остается неизменная (то есть при росте напряжения ток остается прежний) и резкий рост силы тока, который приводит к пробою диэлектрического слоя.

Рассмотрим проводимость газов на практике. Прохождение электрического тока в газах применяется в люминесцентных светильниках и лампах. В этом случае катод и анод, два электрода размещают в колбе, внутри которой есть инертный газ. Как зависит такое явление от газа? Когда лампа включается, две нити накала разогреваются, и создается термоэлектронная эмиссия. Внутри колба покрывается люминофором, который излучает свет, который мы видим. Как зависит ртуть от люминофора? Пары ртути при бомбардировании их электронами образуют инфракрасное излучение, которое в свою очередь излучает свет.

Если приложить напряжение между катодом и анодом, то возникает проводимость газов.

Измерение электрической проводимости

Расчеты сопротивлений требуют определенного количества времени, поэтому для измерений их величин применяются специальные электроизмерительные приборы, которые называются омметрами. Измерительный прибор состоит из стрелочного индикатора, к которому последовательно включен источник питания.

Измеряют R все комбинированные приборы, такие как тестеры и мультиметры. Обособленные приборы для измерения только этой характеристики применяются крайне редко (мегаомметр для проверки изоляции силового кабеля).

Прибор применяется для прозвонки электрических цепей на предмет повреждения и исправности радиодеталей, а также для прозвонки изоляции кабелей.

При измерении R необходимо полностью обесточить участок цепи во избежание выхода прибора из строя

Для это необходимо предпринять следующие меры предосторожности:

  1. Вытянуть вилку из сети.
  2. Включить прибор, при этом произойдет разрядка конденсаторов.
  3. Приступить к измерению или прозвонке.
  4. Установить переключатель в режим измерения сопротивления.
  5. Закоротить щупы прибора, чтобы удостовериться в его работоспособности (покажет очень малое сопротивление).
  6. Измерить необходимый участок.

В дорогих мультиметрах есть функция прозвонки цепи, дублируемая звуковым сигналом, благодаря чему нет необходимости смотреть на табло прибора.

Таким образом, электрическое сопротивление играет важную роль в электротехнике. Оно зависит в постоянных цепях от температуры, силы тока, длины, типа материала и площади поперечного сечения проводника. В цепях переменного тока эта зависимость дополняется такими величинами, как частота, емкость и индуктивность. Благодаря этой зависимости существует возможность изменять характеристики электричества: напряжение и силу тока. Для измерений величины сопротивления применяются омметры, которые используются также и при выявлении неполадок проводки, прозвонки различных цепей и радиодеталей.

Формула сопротивления проводника

Формула для вычисления электрического сопротивления проводника, исходя из указанных выше рассуждений, выглядит следующим образом:

Если обратить внимание на эту формулу, то можно сделать вывод, что из нее выражается удельное сопротивление проводника, т. е., определив силу тока и напряжение на проводнике и измерив его длину с площадью поперечного сечения, можно с помощью закона Ома и указанной формулы вычислить удельное сопротивление

Затем, его значение можно сверить с данными таблицы и определить, из какого вещества изготовлен проводник.

Все параметры, которые влияют на сопротивление проводников, необходимо учитывать при конструировании сложных электрических цепей, таких как линии электропередач, например

В таких проектах важно сбалансированно подобрать соотношения длин, сечений и материалов проводников для эффективного компенсирования теплового действия тока

На следующем уроке будет рассмотрено устройство и принцип работы прибора, называющегося реостат, основной характеристикой которого является сопротивление.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Exir.ru (Источник).
  2. Классная физика (Источник).

Домашнее задание

  1. Стр. 103–106: вопросы № 1–6. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Длина и площадь поперечного сечения алюминиевого и железного проводов одинаковые. Какой из проводников имеет большее сопротивление?
  3. Какое сопротивление имеет медный провод длиной 10 м и площадью поперечного сечения 0,17 мм2?
  4. Какой из сплошных железных стержней разного диаметра имеет большее электрическое сопротивление? Массы стержней одинаковые.

Зависимость проводимости материала

Способность проводника к пропусканию электрического тока зависит от многих факторов: напряжения, тока, длины, площади поперечного сечения и материала проводника, а также от температуры окружающей среды.

В электротехнике для произведения расчетов и изготовления резисторов учитывается и геометрическая составляющая проводника.

От чего зависит сопротивление: от длины проводника — l, удельного сопротивления — p и от площади сечения (с радиусом r) — S = Пи * r * r.

Формула R проводника: R = p * l / S.

Из формулы видно, от чего зависит удельное сопротивление проводника: R, l, S. Нет необходимости его таким способом рассчитывать, потому что есть способ намного лучше. Удельное сопротивление можно найти в соответствующих справочниках для каждого типа проводника (p — это физическая величина равная R материала длиною в 1 метр и площадью сечения равной 1 м².

Однако этой формулы мало для точного расчета резистора, поэтому используют зависимость от температуры.

Влияние температуры окружающей среды

Доказано, что каждое вещество обладает удельным сопротивлением, зависящим от температуры.

Для демонстрации это можно произвести следующий опыт. Возьмите спираль из нихрома или любого проводника (обозначена на схеме в виде резистора), источник питания и обычный амперметр (его можно заменить на лампу накаливания). Соберите цепь согласно схеме 1.

Схема 1 — Электрическая цепь для проведения опыта

Необходимо запитать потребитель и внимательно следить за показаниями амперметра. Далее следует нагревать R, не отключая, и показания амперметра начнут падать при росте температуры. Прослеживается зависимость по закону Ома для участка цепи: I = U / R. В данном случае внутренним сопротивлением источника питания можно пренебречь: это не отразится на демонстрации зависимости R от температуры. Отсюда следует, что зависимость R от температуры присутствует.

Физический смысл роста значения R обусловлен влиянием температуры на амплитуду колебаний (увеличение) ионов в кристаллической решетке. В результате этого электроны чаще сталкиваются и это вызывает рост R.

Согласно формуле: R = p * l / S, находим показатель, который зависит от температуры (S и l — не зависят от температуры). Остается p проводника. Исходя из это получается формула зависимости от температуры: (R — Ro) / R = a * t, где Ro при температуре 0 градусов по Цельсию, t — температура окружающей среды и a — коэффициент пропорциональности (температурный коэффициент).

Для металлов «a» всегда больше нуля, а для растворов электролитов температурный коэффициент меньше 0.

Формула нахождения p, применяемая при расчетах: p = (1 + a * t) * po, где ро — удельное значение сопротивления, взятое из справочника для конкретного проводника. В этом случае температурный коэффициент можно считать постоянным. Зависимость мощности (P) от R вытекает из формулы мощности: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Удельное значение сопротивления еще зависит и от деформаций материала, при котором нарушается кристаллическая решетка.

Деформация и удельное сопротивление

При обработке металла в холодной среде при некотором давлении происходит пластическая деформация. При этом кристаллическая решетка искажается и растет R течения электронов. В этом случае удельное сопротивление также увеличивается. Этот процесс является обратимым и называется рекристаллическим отжигом, благодаря которому часть дефектов уменьшается.

При действии на металл сил растяжения и сжатия последний подвергается деформациям, которые называются упругими. Удельное сопротивление уменьшается при сжатии, так как происходит уменьшение амплитуды тепловых колебаний. Направленным заряженным частицам становится легче двигаться. При растяжении удельное сопротивление увеличивается из-за роста амплитуды тепловых колебаний.

https://youtube.com/watch?v=Vb4nzrPViXY

Еще одним фактором, влияющим на проводимость, является вид тока, проходящего по проводнику.

Цепи переменного тока

Сопротивление в сетях с переменным током ведет себя несколько иначе, ведь закон Ома применим только для схем с постоянным напряжением. Следовательно, расчеты следует производить иначе.

Полное сопротивление обозначается буквой Z и состоит из алгебраической суммы активного, емкостного и индуктивного сопротивлений.

При подключении активного R в цепь переменного тока под воздействием разницы потенциалов начинает течь ток синусоидального вида. В этом случае формула выглядит: Iм = Uм / R, где Iм и Uм — амплитудные значения силы тока и напряжения. Формула сопротивления принимает следующий вид: Iм = Uм / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Пи * r * r).

Емкостное сопротивление (Xc) обусловлено наличием в схемах конденсаторов. Необходимо отметить, что через конденсаторы проходит переменный ток и, следовательно, он выступает в роли проводника с емкостью.

Вычисляется Xc следующим образом: Xc = 1 / (w * C), где w — угловая частота и C — емкость конденсатора или группы конденсаторов. Угловая частота определяется следующим образом:

  1. Измеряется частота переменного тока (как правило, 50 Гц).
  2. Умножается на 6,283.

Индуктивное сопротивление (Xl) — подразумевает наличие индуктивности в схеме (дроссель, реле, контур, трансформатор и так далее). Рассчитывается следующим образом: Xl = wL, где L — индуктивность и w — угловая частота. Для расчета индуктивности необходимо воспользоваться специализированными онлайн-калькуляторами или справочником по физике. Итак, все величины рассчитаны по формулам и остается всего лишь записать Z: Z * Z = R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl).

Для определения окончательного значения необходимо извлечь квадратный корень из выражения: R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl). Из формул следует, что частота переменного тока играет большую роль, например, в схеме одного и того же исполнения при повышении частоты увеличивается и ее Z. Необходимо добавить, что в цепях с переменным напряжением Z зависит от таких показателей:

  1. Длины проводника.
  2. Площади сечения — S.
  3. Температуры.
  4. Типа материала.
  5. Емкости.
  6. Индуктивности.
  7. Частоты.

Следовательно и закон Ома для участка цепи имеет совершенно другой вид: I = U / Z. Меняется и закон для полной цепи.

Электрическое сопротивление полупроводников — Справочник химика 21

    Явление же уменьшения электрического сопротивления полупроводника под действием света получило назва- [c.167]

    Электрическое сопротивление полупроводников находится в пределах 10 —10 Ом-см и занимает промежуточное положение между сопротивлением хороших проводников (10″ Ом-см) и изоляторов (10 —10 Ом-см). В отличие от металлов, сопротивление полупроводников возрастает с ростом температуры.[c.192]

    Явление же уменьшения электрического сопротивления полупроводника под действием света называется внутренним фотоэффектом, а основанные на этом явлении приборы — фотосопротивлениями. [c.195]


    ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [c.227]

    Определение удельного электрического сопротивления полупроводников и установление зависимости сопротивления от температуры [c.230]

    Еще одна интересная особенность — ширина запрещенной зоны, определяющая основные свойства полупроводника, в данном случае величина не постоянная, как у неорганических материалов, а переменная. Ею можно легко управлять. Например, можно получать различные производные полиацетилена, в которых водород замещается различными радикалами. Можно удлинять или укорачивать полимерные цепи. Можно по-разному укладывать полимерные молекулы в волокна и пленки, менять электрическое сопротивление в местах контакта между молекулами.[c.128]

    Особыми свойствами, отличающими их как от металлов, так и от изоляторов, обладают полупроводники. При низких температурах их электрическое сопротивление весьма велико и в этих условиях они проявляют свойства изоляторов. Однако при нагревании или при освещении электрическая проводимость полупроводников резко возрастает и может достигать величин, сравнимых с проводимостью металлов. [c.635]

    Оксиды металлов являются полупроводниками, т. е. веществами, электрическое сопротивление которых занимает промежуточное положение между электрическим сопротивлением металлов и диэлектриков и свойства которых (в частности, электропроводность) существенно зависят от температуры. При этом оксиды делятся на две группы  [c.20]

    Большая часть минералов и горных пород обладает низкой электрической проводимостью и, следовательно, высоким удельным электрическим сопротивлением р. В геофизике численное значение этой величины принято выражать для куба, ребро которого равно 1 м. Следовательно, размерность этой константы будет Ом м. Удельное сопротивление минералов колеблется от 10 до 10 Ом м. В зависимости от численного значения минералы условно разделяются на три группы проводники — р 10 Ом-м. [c.120]

    Резистивные стеклоэмали обладают повышенным удельным электрическим сопротивлением (на три порядка и более выше проводниковых) с нормированным значением температурного коэффициента благодаря применению в качестве наполнителя полупроводников и полуметаллов. Их применяют в составе рисунка печатных микроузлов для всего диапазона номиналов резисторов, применяемых в РЭА. [c.57]

    Теллур как элементарное вещество в обычных условиях представлен только одной формой. На рис. 3.2 показана форма, по структуре аналогичная серому селену межатомное расстояние Те—Те 2,835 А, валентный угол 103,2°, вещество является полупроводником, однако по сравнению с селеном обладает гораздо меньшей величиной электрического сопротивления. При нагревании под давлением свыше 70 кбар образуется аллотропная модификация, соответствующая металлическому состоянию р-формы полония и принадлежащая к ромбоэдрической структурной системе. В газовой фазе устойчивыми являются формы Тег и Те, обладающие парамагнитными свойствами. [c.107]


    Принцип получения информации о температуре ОК основан на температурной зависимости электрического сопротивления материалов. Указанным свойством обладают многое материалы, при этом наиболее широкое применение в практике НК оно нашло при измерении и контроле температуры металлов, полупроводников и электролитов. [c.551]

    Электрические свойства [1]. Электрическое сопротивление углей сильно зависит от влажности, температуры, химического состава и наличия минеральных компонентов. В целом угли являются полупроводниками. Удельное электрическое сопротивление для бурых и каменных углей составляет 10 — 10 ° Ом-см, для антрацитов 5-10 —2-10 Ом-см. Минималь- [c.52]

    Чувствительную область детектора, т. е. область, в которой существует электрическое поле, можно увеличить, приложив к переходу обратное смещение. Если к и-области присоединить плюс источника напряжения, а к /7-области — минус , то свободные заряды перемещаются в направлении от перехода. В результате чувствительный объем детектора увеличивается (рис. 6.2.7), а емкость перехода уменьшается. Темновой ток в этом случае обусловлен неосновными носителями заряда (электронами и дырками). Концентрация неосновных носителей может быть на несколько порядков меньше концентрации собственных носителей. Поэтому ток, обусловленный тепловой генерацией носителей в области р—и-перехода, оказывается на несколько порядков меньше тока той же природы в собственном полупроводнике. Почти полное отсутствие свободных носителей в обедненной области означает, что удельное сопротивление полупроводника в ней гораздо больше удельного сопротивления материала вне перехода. Ширину чувствительной области можно увеличить не только за счет приложенного обратного смещения, но и вводя между р- и и-областями полупроводник с собственной проводимостью. В этом случае образуется так называемая р—/— и-структура. [c.86]

    Термометры сопротивления изготовляют из металлов, которые при изменении температуры заметно меняют свое электрическое сопротивление. В качестве материала для промышленных термометров сопротивления обычно используют платину, медь или никель. Однако способность изменять сопротивление в зависимости от температуры присуща также и полупроводникам вполне возможно, что по мере усовершенствования полупроводниковых материалов они найдут широкое применение в термометрах сопротивления. [c.384]

    Тип детектора также определяется природой и интенсивностью излучения, проходящего через ячейку с образцом. Например, для ионизирующего излучения, такого, как рентгеновские лучи, подходящими детекторами являются счетчики Гейгера, пропорциональные или сцинтилляционные счетчики. Излучение низкой частоты (т. е. инфракрасное) регистрируют главным образом по вызываемому им тепловому эффекту поэтому основным элементом детектора для этого случая обычно служит чувствительная термопара или термосопротивление. В ячейках, которые широко используются для регистрации близкого инфракрасного излучения (длина волны от 0,8 до 3 мкм), чувствительным элементом является полупроводник (например, сульфид свинца, теллурид свинца или германий). При воздействии подобного облучения электроны в полупроводнике переходят в зону проводимости, и его электрическое сопротивление падает. Электрический ток, который протекает через полупроводник при наложении некоторого потенциала, является мерой интенсивности падающего излучения. [c.122]

    Примеси специально вводятся в кремний и германий для создания полупроводниковых свойств. То, что кремний и германий не являются проводниками электричества, может быть объяснено с помощью зонной теории металлов (см. стр. 237). Все валентные электроны в этих кристаллах находятся в полностью заполненной зоне, и между этой и следующей зоной (пустой) имеется энергетическая щель, которая не может быть преодолена обычным путем. При повышении температуры увеличивается число электронов, обладающих избытком энергии, достаточным для перехода через щель в следующую зону, и, поскольку эта зона почти полностью пустая, такие электроны могут двигаться при наложении электрического потенциала. Сопротивление полупроводника в отличие от металла убывает при повышении температуры. Полу-проводимость кремния и германия значительно возрастает при специальном введении примесных атомов из групп П1 или V. Эти атомы, вероятно, не занимают положения в [c.260]

    Полупроводниковые термосопротивления основаны на свойстве полупроводников уменьшать электрическое сопротивление при увеличении температуры. [c.30]

    Термометры сопротивления из полупроводников или термисторы отличаются тем, что электрическое сопротивление их уменьшается с повышением температуры. [c.165]

    Тепловые приемники. Принцип действия болометра основан на изменении электрического сопротивления полупроводника или металла при нагреве чувствительного элемента поглощенным тепловым излучением. Исторически болометры были одними из первых видов ИК детекторов, однако их применение в тепловизорах в течение длительного времени сдерживалось их значительной инерционностью. В конце ХХ-го века появились малоинерционные микроболометрические (ферроэлектрические) матрицы, на основе которых были созданы неохлаждаемые матричные тепловизоры, получившие в настоящее время большое распространение. [c.211]


    Карбин впервые был получен синтетически, но позднее обнаружен и в природе. Это черный мелкокристаллический порошок, относящийся к наиболее стабильной форме углерода. По электрическим свойствам карбин является полупроводником, его электрическое сопротивление при облучении светом резко уменьшается. Различают а-карбин и /3-карбин. Первая аллотропная модификация карбина представляет собой линейную полимерную цепь из ацетиленовых фрагментов (полиин)  [c.407]

    По электрическим свойствам материалы делятся на диэлектрики, полупроводники, проводники и сверхпроводники. Они отличаются друг от друга по величине удельного электрического сопротивления, характеру изменения его в зависимости от температуры и по механизму проводилюсти. [c.634]

    Полупроводники характеризуются удельным электрическим сопротивлением от 10 до 10 Ом-м. К полупроводникам относятся простые вещества, находящиеся при условиях, близких к нормальным, в твердом состоянии В, С, 81, Се, 8п, Р, Аз, 8Ь, 8, 8е, Те, I. Полупроводниками являются многие бинарные соединения оксиды (2пО, РеО), сульфиды (2п8, Стакже сложные соединения. Наиболее распространенные бинарные соединения полупроводников можно определить по простому правилу — это должны быть соединения по числу валентных электронов изоэлектронные бинарному соединению из атомов IV главной подгруппы. То есть это соединения элементов только четвертой, третьей и пятой, второй и шестой групп периодической системы. Ширина запрещенной зоны в полупроводниках изменяется от 0,08 эВ (у металла Зп) до 5,31 эВ (у неметалла С(алмаз))- [c.635]

    Однако реальные полупроводники всегда имеют примеси, которые существенно влияют на характер электрической проводимости, в этом случае называемой примесной. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют на валентной электронной оболочке большее число электронов, чем их число на валентной электронной оболочке атома основного элемента полупроводника. Например, примеси атомов элементов V или VI главных подгрупп периодической системы в кристаллической решетке кремния (IV главная подгруппа) будут донорными. В зонной структуре полупроводника появляются дополнительные электроны проводимости. Если атом примеси содержит меньше валентных электронов, чем атом основного элемента, то полупроводник содержит в валентной зоне дополнительные свободные МО, на которые могут переходить валентные электроны. Такие примеси называются акцепторными, они приводят к появлению дополнительных дырок проводимости. По отношению к кремнию такими примесями будут элементы III главной подгруппы. Полупроводники с преобладающим содержанием донорных примесей называются полупроводниками с электронной проводимостью или п-типа. Если же преобладают примеси акцепторные, то полупроводники называются полупроводниками с дырочной проводимостью или р-типа. Для получения примесных полупроводников полупроводники, полученные специальными кристаллофизическими методами в сверхчистом состоянии, легируются элементами акцепторами или донорами электронов в микродозах, не превышающих 10 %. Примеси резко изменяют собственную электрическую проводимость полупроводников, поскольку количество носителей заряда, поставляемых ими обычно больше, чем их число в чистом полу-прово,цнике. Так, чистый кремний имеет удельное электрическое сопротивление электронной проводимости около 150-10 Ом-м, дырочной проводимости в.4 раза, электронной проводимости после легирования фосфором и дырочной проводимости после легирования бором — в 20 раз меньше. [c.636]

    Сульфид таллия, обладающий свойствами полупроводников, применяют в радиотехнике. Электрическое сопротивление в нем уменьшается с повышением интенсивности падающего света. В последнее время стали использовать весьма чувствительные сернистоталлиевые фотоэлементы (ФЭСТ). Полупроводниковый слой в них создается из смеси сульфида таллия с теллуром, наносимой путем возгонки в вакууме на железную пластинку. Сернисто-таллиевые фотоэлементы восприимчивы не только к видимым лучам, но и к невидимым инфракрасным лучам, источником которых является любой нагретый предмет. [c.189]

    Измерение больших импульсных мощностей в технике сверхвысоких частот — сложная проблема. Речь идет о сотнях тысяч и даже миллионах ватт. Обычные калориметрические измерения неудобны вся измеряемая мощность поглощается приборами. Это значит, что СВЧ генератор временно отключается от полезной нагрузки. Кроме того, калориметрические измерения в силу своей индукционности сообщают данные о средней, а не о импульсной мощности. Этих недостатков лишен вышеупомянутый прибор. Принцип его действия прост. В волноводе, по которому распространяется большая сверхвысокая мощность, создается сильное электрическое поле. Если в электрическом поле поместить полупроводник (германий, кремний или полупроводниковое соединение), то в результате безынерционного разогрева электронов сопротивление полупроводника изменится на вполне определенную величину. По ней можно точно судить о напряженности поля, а следовательно, и о СВЧ мощности. Прибор на горячих электронах в отличие от калориметрического позволяет производить замеры мощности при работе генератора на полезную нагрузку. [c.520]

    Фотопроводяш,ие детекторы — это твердые детекторы, известные как полупроводники, электрическое сопротивление которых при облучении (освещении) существенно уменьшается. [c.178]

    Электрические свойства углей определяются проводимостью ими электрического тока. Ископаемые угли могут быть отнесены к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление каменных углей и антрацитов, определенное для порошка, при комнатной температуре и атмосферном давлении составляет для углей средней стадии метаморфизма Ю —2 10 Ом см, для антрацитов 5.10 —2 ЮЮм см. На проводимость угля сушественное влияние оказывают температура, химический состав примесей, гифоскопич-носгь и другие факторы. Начиная со 100 С сопротивление угля резко падает. При 900 С сопротивление составляет 4—5 Ом см. [c.27]

    Электропроводность к — величина, обратная электрическому сопротивлению, — характеризует способность материала проводить электрический ток. Для ненаполненных полимеров, в том числе эластомеров, значения лг = // / с1Еэ (где I — сила тока, Еэ — напряженность приложенного электрического поля) весьма малы и близки к значениям к для диэлектриков [30]. Наряду со способностью к поляризации в электрическом поле это свидетельствует о принадлежности полимеров к классу диэлектриков, т.е. об отсутствии у них свободных электронов. В последние годы для создания полимерных изделий, обладающих высокой проводимостью и выполняющих роль полупроводников, нашли широкое применение материалы, способные длительно сохранять заряд на поверхности после электризации, так называемые электреты. [c.551]

    Термопреобразователи сопротивления. Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Известно, что сопротивление проводника или полупроводника, по которому протекает электрический ток, изменяется в зависимости от температуры. При этом электрический ток также изменяет свое значение. При повышении температуры сопротивление в проводниках увеличивается, а в полупроводниках уменьшается. Это свойство и используется в термопреобразователях сопротивления. В проводниковых термопреобразователях сопротивления зависимость изменения сопротивления от температуры близка к линейной, в полупроводниковых эта зависимость нелинейна. [c.315]

    Элементы, располагающиеся в периодической таблице правее и ниже бора, находящегося в подгруппе 1ПБ, другими словами, невдалеке от линии,, проходящей через 3, ЗЬ, Те, дают простые вещества, обладающие как металлическим, так и неметаллическим характером. Их полиморфизм (разнообразие форм) иллюстрирует рис. 3.3. В качестве критерия метал-личиости или неметалличности могут быть.выбраны самые разнообразные свойства, однако наиболее однозначным показателем является легкость протекания электрического тока, или электропроводность. Помимо величины электрического сопротивления следует учитывать также и температурный коэффициент сопротивления. Кристаллы, которые проявляют нормальную металлическую проводимость (повышение сопротивления с увеличением температуры), на рисунке помечены буквой М (металлический характер). Кристаллы, у которых с повышением температуры электрическое сопротивление уменьшается, являются полупроводниками, и их можно рассматривать как особый случай изоляторов, в которых неметаллические свой- [c.100]

    Селен, теллур, полоний. Селен устойчив в виде аллотропном модификации серого цвета, расстояние Se—Se 2,37 А, валентный угол 103°, в целом структура представляет собой агрегат из компактно сложенных спиралеобразных цепей (рис. 3.2). Сточки зрения электрического сопротивления это вещество является полупроводником с ззмечательны.ми свойствами (разд. 7 настоящей главы). При облучении светом его электропроводность возрастает, поэтому селен используют в фотоэлементах и солнечных батареях. Помимо этой формы известна модификация, напоминающая ромбическую серу и имеющая в основе циклическую структуру Ses (расстояние Se—Se 2,34 А, валентный угол 105°), существующую в двух аллотропных разновидностях а- и 3-формы. Обе они красного цвета, относятся к моноклинной сингонии и во всех отношениях проявляют свойства неметаллов, причем, будучи нагреты до 75 °С, превращаются в стабильную форму. Пары селена парамагнитны и состоят из молекул Se2 и Se. [c.107]

    Тензорезистивный эффект (тен-зоэффект) Свойство проводников и полупроводников изменять электрическое сопротивление при объемном или линейном деформировании [c.556]

    Ряд авторов [23, 24, 51, 53] при измерении разницы в температурах кипения раствора И растворителя в качестве термочувствительного элемента используют термистры (полупроводники), так как при работе они ие дают побочных электрических эффектов, имеющих место, когда применяются термопары. Кроме того, при незначительном изменении температуры очень резко изменяется сопротивление полупроводников. Чувствительность приборов, в которых в качестве термоизмерительного устройства служат термистры, также высока. Так, чувствительность прибора, применяемого Лерне и Майори [24, 53], [c.227]

    Поскольку полупроводники других химических типов являются типичными катализаторами окислительно-восстаповительпого типа, мы опробовали Ое как катализатор модельных реакций этого типа. В опытах использовался порошок Ое, полученный дроблением монокристалличе-ских образцов с удельным электрическим сопротивлением 5—10 ом-см (в ряде опытов использовалась пленка Ое, полученная напылением в вакууме или пиролизом ОеН4). Исследование каталитических свойств проводилось в статических условиях в кварцевом реакторе, соединенном с вакуумной системой. [c.103]

    Карбид кремния не разлагается под действием кислот, за исключением фосфорной и смеси азотной и плавиковой, но легко разлагается под действием расплавленных щелочей, железа, меди. Сера и водяной пар разлагают карбид кремния при температурах свыше 1000° С. На воздухе медленное окисление начинается с 870° С при повышении температуры скорость окисления возрастает. По электрическим свойствам карбид кремния относится к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление внутри кристаллов 51С лежит в пределах от 1 до до 10 ом-см, суммарное удельное сопротивление кристаллов, с учетом сопротивления поверхностного слоя имеет нелинейный характер при больших плотностях тока (около 10 а/см ) суммарное удельное сопротивление составляет около 10 ом-см, при малых плотностях тока (порядка 10 а1см ) оно возрастает до 10 ом-см и более. [c.154]

    Полупроводники. Твердые тела, которые по величине электрического сопротивления при комнатной температуре расположены между проводниками и изоляторами. При тепловом возбуждении полупроводников выше определенной температуры концентрация носителей электрического заряда увеличивается с повышением температуры. Чистые полупроводники, которые не содержат примесей, называются собственными полупроводниками полупроводники, электрические свойства которых зависят от примесей, называются несобственными. Несобственные полупроводники, имеюш,ие избыток носителей с отрицательными зарядами (электроны), называются иолуприводника.ми /мина иолуироводники, имеюш,ие избыток носителей положительного заряда (дырки), называются полупроводниками р-типа. [c.95]


Определения

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Мы начнем с обсуждения отличие электрического проводника от изолятора.

Проводник : электричество легко течет по проводнику. Медь хороший проводник электроэнергии и обычно используется в электропроводке. Человеческое тело также является хорошим проводником электричества.

Изолятор : изоляторы сопротивляются потоку электричества. Используются изоляционные материалы для покрытия медных проводов и используются для изготовления электрических рабочих перчаток. Изоляторы помогают защитить людей от контакта с электричеством течет по проводникам.

Мы только что заявили, что проводники позволяют электричеству течь через них, в то время как изоляторы сопротивляются поток электричества.Давайте обсудим некоторые дополнительные термины, которые используются описать, как электричество передается по проводникам. Эти условия являются напряжением, током и сопротивлением.

|
Электрическое напряжение (В) : напряжение можно рассматривать как электрическое давление, это сила, которая заставляет электрический заряд двигаться или течь через систему.

Электрический ток (И) : электрический ток измеряется в амперах и определяется как скорость при котором электрический заряд проходит по проводнику.

Электрическое сопротивление (Р) : скорость, с которой электричество течет по цепи, зависит от сопротивления компонентов и/или проводов в цепи. Повышенное сопротивление приводит к уменьшению силы тока, протекающего через провод. Бытовая техника, освещение, электроинструменты — все это можно рассматривать как сопротивление.

Закон Ома : Закон Ома — это математическая формула, которая используется для описания зависимости между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R).Закон Ома можно записать следующим образом:

И = В / Р

Как видите, согласно по закону Ома ток (I) системы связан с напряжением и сопротивление системы.

 

Электрическое сопротивление

: определение, единица измерения и переменные — видео и стенограмма урока

Коэффициент удельного сопротивления

«Удельное сопротивление» очень похоже на «сопротивление», но на самом деле это две разные вещи. Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого сделан объект, тогда как на сопротивление влияют несколько других характеристик объекта. В каждом материале есть электроны, которые могут свободно перемещаться между атомами, и другие электроны, которые тесно связаны с атомами. Когда свободные электроны пытаются пройти через проводник, они имеют тенденцию сталкиваться с самыми внешними электронами атомов, что препятствует их движению. Материалы с большим количеством тесно связанных электронов и, следовательно, с меньшим количеством свободных электронов имеют более высокое удельное сопротивление.

Возвращаясь к тому времени, когда я был в торговом центре, там были люди, которые двигались в толпе, пытаясь добраться до магазинов, как и я, так что они действительно не влияли на мой прогресс. Эти люди и я были как свободные электроны. Потом были другие люди, которые просто стояли, смотрели в окна, разговаривали с друзьями или просто отдыхали. Именно эти люди мешали моему прогрессу. Они были похожи на плотно связанные внешние электроны атомов, которые просто не двигались.Если бы я пошел в другой торговый центр, в котором было бы меньше людей, стоящих вокруг, и больше людей, двигающихся, тогда у этого торгового центра было бы более низкое удельное сопротивление, чем в первом.

Размерный коэффициент

При увеличении длины провода сопротивление также увеличивается.

Удельное сопротивление является одним из факторов, влияющих на общее сопротивление объекта, но размеры объекта также играют роль. В частности, на сопротивление провода сильно влияют его длина и диаметр.Увеличение длины провода увеличивает его сопротивление, потому что электроны будут испытывать больше столкновений, когда они перетекают из одного конца в другой. Вернувшись в торговый центр, если бы мне пришлось пройти большее расстояние между магазинами, я бы неизбежно наткнулся на большее количество людей, которые просто стояли вокруг, и по пути я потерял бы больше энергии.

С другой стороны, сопротивление провода уменьшается по мере увеличения его диаметра, потому что электроны имеют большую площадь поперечного сечения для движения, что снижает вероятность столкновений.Если бы торговый центр отремонтировали, чтобы сделать его шире, то люди могли бы рассредоточиться немного больше, что дало бы мне больше места для маневра, вместо того, чтобы натыкаться на них.

Температурный фактор

Повышение температуры проводящего объекта приведет к увеличению его сопротивления. Чтобы понять, почему это происходит, давайте вернемся к моей поездке в торговый центр. Помните всех тех людей, которые просто стояли, смотрели в окна и разговаривали со своими друзьями? Поскольку они не двигались, я смог обойти некоторых из них и избежать столкновения.А теперь представьте, что по какой-то причине все они понемногу начали двигаться, делая одиночные шаги в случайных направлениях: шаг вперед, шаг назад, шаг влево, шаг вправо. Теперь, когда я пытался протиснуться, они могли столкнуться со мной, и в итоге у меня было бы больше столкновений, чем раньше!

Это очень похоже на то, что происходит с электроном, пытающимся пройти через нагретый проводник. Когда температура проводника увеличивается, атомы начинают вибрировать от добавленной тепловой энергии.Они слегка двигаются во всех направлениях, вызывая больше столкновений со свободными электронами, пытающимися пройти мимо. По мере повышения температуры увеличивается размер колебаний и, следовательно, количество столкновений.

Практическое применение сопротивления

Нагревательные элементы преобразуют электрическую энергию в тепловую.

Сопротивление в цепи не всегда плохо, потому что мы можем целенаправленно применять его для создания полезных устройств.Лампы накаливания являются распространенным примером этого. Нить накаливания в лампочке имеет очень высокое сопротивление, из-за чего электроны теряют большую часть своей энергии в этой части цепи. Эта энергия преобразуется в тепло, которое, в свою очередь, заставляет нить раскаляться до белого каления и излучать свет.

Говоря о тепле, ваша электрическая духовка, фен, обогреватель, сушилка для белья и утюг — все это примеры устройств, в которых используются нагревательные элементы. Нагревательный элемент — это не что иное, как проводник с большим сопротивлением, преобразующий электрическую энергию в тепловую.Мы также можем использовать сопротивление, чтобы контролировать, какой ток протекает в цепи. Есть ли в вашем доме свет с диммером? Диммерный переключатель представляет собой переменный резистор, который используется для изменения сопротивления электрической цепи. Увеличение сопротивления уменьшает количество тока, поступающего на свет, что, в свою очередь, делает его менее ярким. Обратное верно, если мы уменьшаем сопротивление, что позволяет большему току достигать света и светить ярче. Сопротивление может быть очень полезным, если оно применяется преднамеренно.

Резюме урока

Сопротивление , выраженное в омах, является мерой того, насколько объект препятствует прохождению электрического тока, представляющего собой поток электронов. На сопротивление объекта влияют несколько факторов. Одним из таких факторов является удельное сопротивление материала, из которого состоит объект. Удельное сопротивление является свойством материала и связано с количеством присутствующих свободных электронов. Размеры объекта, особенно провода, также влияют на сопротивление.Увеличение длины, которую должны пройти электроны, увеличит сопротивление, а увеличение площади поперечного сечения, через которое будут проходить электроны, уменьшит сопротивление. Последним фактором, влияющим на сопротивление объекта, является температура. С повышением температуры проводника увеличивается и его сопротивление. Многие полезные устройства намеренно используют сопротивление для выработки тепла, света или для управления током, подаваемым на другие устройства.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

  • Объяснить, что такое электрическое сопротивление
  • Определите единицу измерения электрического сопротивления
  • Различие между удельным сопротивлением и сопротивлением
  • Опишите, как каждый из трех факторов сопротивления увеличивает или уменьшает сопротивление
  • Обобщите, как повседневные устройства используют сопротивление для выработки тепла или света

Что вызывает сопротивление? | Электрические цепи

На микроскопическом уровне электроны, движущиеся по проводнику, сталкиваются (или взаимодействуют) с частицами, из которых состоит проводник (металл).При столкновении они передают кинетическую энергию. Поэтому электроны теряют кинетическую энергию и замедляются. Это приводит к сопротивлению. Передаваемая энергия заставляет резистор нагреваться. Вы можете почувствовать это непосредственно, если прикоснетесь к зарядному устройству мобильного телефона, когда заряжаете сотовый телефон — зарядное устройство нагревается, потому что в его цепях есть резисторы!

Примеры резисторов

Фотография oskay на Flickr.com

Определение: Сопротивление

Сопротивление замедляет поток заряда в цепи.Единицей сопротивления является ом (Ом), который определяется как вольт на ампер тока.

Количество: Сопротивление R        Единица измерения: Ом         Обозначение единицы измерения: ω

\[1 \text{ Ом} = 1 \frac{\text{вольт}}{\text{ампер}}\]

Знаете ли вы?

В люминесцентных лампах не используются тонкие провода; они используют тот факт, что некоторые газы светятся, когда через них проходит ток. Они намного эффективнее (гораздо меньше сопротивления), чем лампочки.

Нить накала лампочки

Фотография clagnut на Flickr.com

Все проводники имеют определенное сопротивление. Например, кусок провода имеет меньшее сопротивление, чем лампочка, но оба имеют сопротивление.

Лампочка представляет собой очень тонкую проволоку, окруженную стеклянным корпусом Высокое сопротивление тонкой проволоки (нити) в лампочке заставляет электроны передавать большую часть своей кинетической энергии в виде тепла. Тепловой энергии достаточно, чтобы нить накала раскалилась добела, излучая свет.

Провода, соединяющие лампу с ячейкой или батареей, почти не нагреваются, проводя такой же ток.Это связано с их гораздо более низким сопротивлением из-за большего поперечного сечения (они толще).

Важным эффектом резистора является то, что он преобразует электрическую энергию в другие формы тепловой энергии. Свет Энергия является побочным продуктом производства тепла.

Знаете ли вы?

Существует особый тип проводника, называемый сверхпроводником , который не имеет сопротивления, но материалы, из которых состоят все известные сверхпроводники, начинают сверхпроводить только при очень низких температурах.«Сверхвысокотемпературным» сверхпроводником является ртутно-барий-кальциево-медный оксид \((\text{HgBa}_{2}\text{Ca}_{2}\text{Cu}_{3}\text{O}_{\ text{x}})\), который является сверхпроводящим при температурах \(-\text{140}\) \(\text{℃}\) и ниже.

Тестирование дисбаланса сопротивления постоянному току: простая и недорогая страховка для ваших систем PoE

БЕЛАЯ БУМАГА

Скачать PDF

Обзор

Первоначально ратифицированные IEEE в 1999 и 2003 годах соответственно, Gigabit Ethernet (1000BASE-T) и Power over Ethernet (PoE) — две сетевые технологии, которые сегодня считаются нормой.Поскольку обе технологии поддерживаются примерно 85 процентами установленной кабельной базы, за последнее десятилетие они распространились в тандеме до такой степени, что многие предприятия развертывают или планируют развертывание гигабитного Ethernet в горизонтальной среде LAN и многое другое PoE. устройств, чем когда-либо прежде.

В то время как приложения 10/100BASE-T (т. е. 10 и 100 Мбит/с) требовали для передачи только две кабельные пары, оставляя две запасные пары четырехпарного витого кабеля для PoE, для гигабитного Ethernet требуются все четыре кабельные пары для двунаправленной передачи.В этом сценарии PoE доставляется по парам, которые одновременно передают данные.

Часто называемый фантомным питанием и реализуемый путем подачи синфазного напряжения между двумя парами в четырехпарном кабеле Ethernet, PoE предназначен для того, чтобы не мешать передаче данных. Однако дисбаланс сопротивления постоянного тока в соединении PoE может вызвать серьезные проблемы. Несмотря на то, что в полевых испытаниях производительности TIA или IEC не требуется, асимметрия сопротивления указана в стандартах PoE IEEE, и включение тестирования асимметрии сопротивления постоянного тока в требование полевых испытаний будет иметь большое значение для обеспечения того, чтобы устройства получали питание и данные, которые им нужны.По мере того, как в будущем мы будем двигаться к новому стандарту PoE, который будет известен как IEEE 802.3bt и сможет поддерживать мощность до 100 Вт, двухпарная доставка PoE будет заменена четырехпарной доставкой PoE. Мало того, что дисбаланс сопротивления постоянного тока в паре может быть потенциальной причиной проблем, нам также необходимо будет рассмотреть дисбаланс параллельного сопротивления постоянного тока между парами как еще один источник потенциальных проблем.

Понимание дисбаланса сопротивления PoE и постоянного тока

Стандарт IEEE 802.3af для PoE был разработан для обеспечения удаленного низковольтного питания устройств по кабелю передачи данных по витой паре.Питание подается с помощью оборудования источника питания (PSE), которое обычно представляет собой коммутатор с поддержкой PoE или устройство питания в промежуточном пролете. Энергия может использоваться широким спектром питаемых устройств (PD) на другом конце, включая телефоны VoIP; точки беспроводного доступа (WAP), настенные часы, датчики, камеры, панели контроля доступа и многое другое.

Первоначальный стандарт IEEE 802.3af допускает передачу максимальной мощности 15,4 Вт (доступно 13 Вт) по двум парам, в то время как текущий стандарт IEEE 802.3at PoE Plus увеличивает допустимую максимальную мощность до 30 Вт (25 Вт).доступно 5 Вт). Новый предлагаемый стандарт IEEE 802.3bt PoE Plus Plus предназначен для обеспечения мощности 100 Вт при ратификации. PoE Plus был разработан в ответ на более энергоемкие устройства, такие как WAP с более высокой мощностью, камеры с панорамированием, наклоном и зумом, светодиодные дисплеи и многое другое. Фактически, последний стандарт 802.11ac для гигабитного Wi-Fi требует более высоких требований к мощности из-за более сложной обработки сигнала и более высокой частоты кадров, требующей PoE Plus. PoE Plus Plus разрабатывается для обеспечения питания еще более энергоемких устройств, таких как несколько беспроводных точек доступа, камеры видеонаблюдения, которые также включают PTZ и нагреватели, светодиодное освещение центров обработки данных, и предусматривается множество других применений.

Стандарты IEEE 802.3af и 802.3at определяют для PSE два метода подачи питания с использованием двух пар четырехпарного кабеля для передачи данных — вариант A и B. В варианте B питание подается по запасным парам с использованием пар 1 и 4. Это совместимы с сигналами данных, которые используют только две пары (пары 2 и 3), включая приложения 10/100BASE-T. В варианте A питание подается одновременно с данными по парам 2 и 3, что совместимо как с двухпарными, так и с четырехпарными приложениями, включая 10/100BASE-T и 1000BASE-T.

В варианте А мощность передается по парам данных путем подачи синфазного напряжения. Питание принимается и возвращается с помощью центрального отвода трансформатора PD, который распределяет ток между каждым проводником пары. Когда сопротивление каждого провода в паре одинаково, асимметрия сопротивления постоянному току (разница в сопротивлении между двумя проводниками) равна нулю, ток распределяется равномерно и достигается синфазный ток.

С IEEE 802.3bt мы переходим к 4-парной системе для обеспечения требуемой мощности.У нас все еще есть наши устройства PSE и PD, а текущий поток теперь распределяется между четырьмя парами.

В то время как устройства могут допускать некоторый дисбаланс сопротивления постоянного тока, слишком большой дисбаланс может привести к насыщению трансформатора. Это может в конечном итоге исказить форму сигнала данных Ethernet, вызывая битовые ошибки, повторную передачу и даже неработающие каналы передачи данных. В системе PoE с четырьмя парами можно допустить некоторый дисбаланс сопротивления постоянного тока между парами, но если он будет чрезмерным, PoE перестанет работать.

Что вызывает дисбаланс сопротивления постоянного тока?

Небаланс сопротивления постоянному току внутри пары и между парами может возникать в канале передачи данных PoE по разным причинам. В то время как проблемы с трансформаторами, такие как смещенный центральный ответвитель, могут возникать как на PSE, так и на конечных устройствах, дисбаланс сопротивления постоянному току чаще вызывается плохим качеством изготовления, несогласованными заделками и некачественным кабелем.

Плохая практика установки долгое время была главной причиной проблем с производительностью сети.Такие методы, как обеспечение минимального радиуса изгиба и поддержание скручивания пары как можно ближе к точке соединения, являются ключевыми для соблюдения параметров производительности, особенно в высокочастотных приложениях, таких как 1000BASE-T и 10GBASE-T. Хотя PoE в большей степени зависит от сопротивления постоянному току определенной длины кабеля, а не от характеристик высокочастотной передачи, существуют некоторые важные методы установки.

Согласованность концевых заделок отдельных проводников важна для предотвращения дисбаланса сопротивления постоянному току.Пробивка отдельных проводников к соответствующей опоре IDC сетевого разъема смещает изоляцию проводника, обнажая медь и выполняя соединение.

Обеспечить правильную и постоянную посадку во время этой практики не всегда легко. Для посадки проводников требуется определенное усилие, а неопытность, усталость рук и большие размеры проводников могут повлиять на способность поддерживать согласованность. Когда два проводника пары, несущие PoE, подключены несогласованно, может возникнуть дисбаланс сопротивления постоянному току.Использование правильного инструмента терминации может помочь повысить согласованность терминации и избежать дисбаланса сопротивления постоянного тока в системах PoE (см. врезку об инструментах терминации).

Добросовестная заделка также должна сочетаться с точными производственными процессами, поскольку общее качество кабеля и возможности подключения также могут влиять на дисбаланс сопротивления постоянному току. Качественный кабель UTP требует тщательного выбора медных проводников и использования строгих средств контроля для поддержания надлежащей физической геометрии кабеля.Когда в кабеле низкого качества наблюдаются различия в диаметре, концентричности (округлости), контуре и гладкости медных проводников, существует более высокий риск дисбаланса сопротивления постоянному току в системах PoE.

Одной из растущих проблем в отрасли сегодня является значительное количество кабелей, содержащих алюминий с медным покрытием (CCA), сталь с медным покрытием и другие нестандартные проводники, маскирующиеся под кабели категории 5e или даже категории 6. В то время как эти кабели могут быть привлекательными для тех, кто ищет недорогие сетевые решения, кабели CCA не соответствуют отраслевым стандартам и не поддерживают приложения PoE из-за их повышенного сопротивления постоянному току, которое может быть на 55% больше, чем у цельного медного кабеля того же типа. диаметр.Большее сопротивление приводит к большему нагреву кабеля и более низкому напряжению на питаемом устройстве.

К сожалению, тестирования сопротивления постоянному току не всегда достаточно для определения поддержки PoE, поскольку некоторые кабели CCA проходят тестирование сопротивления контура постоянного тока для более коротких каналов. Однако, независимо от длины соединения, кабель CCA, как правило, имеет асимметрию сопротивления постоянного тока на парах из-за отсутствия согласованности между проводниками (см. врезку о сопротивлении контура постоянного тока и асимметрии сопротивления постоянному току).Следует также отметить, что стандарты ANSI/TIA и ISO/IEC требуют, чтобы кабель для передачи данных с витой парой был на 100% медным.

Проверка асимметрии сопротивления постоянному току внутри пары и между парами

Стандарт IEEE Std 802.3-2012 определяет максимальную асимметрию сопротивления постоянному току между проводниками в размере 3 %, что означает, что разница в сопротивлении постоянному току между двумя проводниками составляет не более 3 % от общего сопротивления контура постоянного тока пары. Тем не менее, как стандарты TIA, так и стандарты IEC не требуют проверки асимметрии сопротивления постоянному току внутри пары или проверки асимметрии сопротивления постоянному току между парами в качестве полевых измерений.Отсутствие требований к полевым испытаниям отчасти было связано с отсутствием полевого тестера, который мог бы проверить асимметрию сопротивления постоянному току, поэтому это было оставлено только в качестве лабораторного измерения. Это больше не относится к DSX-5000 CableAnalyzer. Кроме того, предлагаемый стандарт IEEE 802.3bt требует, чтобы дисбаланс сопротивления постоянного тока между двумя парами не превышал 7% или 50 мОм в зависимости от того, что больше.

Тестирование на асимметрию сопротивления постоянному току подтверждает, что проводники в паре имеют одинаковое сопротивление и, следовательно, обеспечивают синфазный ток, необходимый для эффективной поддержки PoE и предотвращения искажения сигналов данных, передаваемых по одной и той же паре.В отличие от других полевых тестеров, которые измеряют только сопротивление контура постоянного тока, DSX-5000 измеряет сопротивление контура постоянного тока, асимметрию сопротивления постоянного тока внутри пары и асимметрию сопротивления постоянного тока между парами.

Как показано на рис. 1 ниже, DSX-5000 измеряет сопротивление контура постоянного тока как сумму сопротивлений двух проводников в паре, а асимметрия сопротивления постоянному току является мерой разницы сопротивлений между двумя проводниками. Несимметрия сопротивлений постоянному току между парами показана для пар 1,2-4,5 и представляет собой абсолютную разницу параллельных сопротивлений двух пар.

Рисунок 1

Хотя это и не требуется при полевых испытаниях, DSX-5000 CableAnalyzer может быть сконфигурирован для включения пределов испытаний на асимметрию сопротивления постоянному току для измерений каналов или постоянных каналов; как показано в Таблице 1 ниже.

Имя предельного значения теста DSX CableAnalyzer Несбалансированное сопротивление постоянному току
Канал Постоянная ссылка
TIA Cat 5e Перм.Ссылка (+Все) 0,20 или 3,0% 0,20 или 3,0%
TIA Cat 6 Пермь. Ссылка (+Все) 0,20 или 3,0% 0,20 или 3,0%
TIA Cat 6A Перм. Ссылка (+Все) 0,20 или 3,0% 0,20 или 3,0%
ISO11801 PL Класс D (+Все) 0,20 или 3,0% 0,15 или 3,0%
ISO11801 PL Класс E (+Все) 0,20 или 3,0% 0.15 или 3,0%
ISO11801 PL2 Класс Ea (+Все) 0,20 или 3,0% 0,15 или 3,0%

Если вы выполняете постоянное измерение соединения или канала, измерение выполняется DSX-5000 с применением PASS/FAIL для выбранного предела теста, как показано на рис. 2. Это полезная информация, если вы наблюдаете проблемы PoE и хотите исключить кабели как потенциальную причину и дает вам уверенность в том, что недавно установленные кабели будут не только передавать данные, но и поддерживать PoE.

Рисунок 2

Поскольку стандарты полевых испытаний представляют собой минимальный набор требований к испытаниям, следует рассмотреть возможность включения испытаний на асимметрию сопротивления постоянному току в качестве расширенных требований к полевым испытаниям, чтобы помочь решить проблемы, связанные с кабелем CCA, и обеспечить большую уверенность в соответствии требованиям PoE, установленным IEEE.

Тестирование асимметрии сопротивления постоянному току в паре и асимметрии сопротивления постоянному току между парами станет еще более серьезной задачей, поскольку все больше предприятий внедряют технологии нескольких гигабитных Ethernet и больше устройств PoE, которые используют методы доставки питания одновременно с данными.Поскольку развертывание PoE Plus продолжает расти, особенно с введением WAP 802.11ac, которые требуют этого, асимметрия сопротивления постоянного тока станет еще более серьезной проблемой, поскольку больший ток, протекающий через проводник, делает PoE еще более восприимчивым к сопротивлению постоянному току и асимметрии сопротивлений. На горизонте PoE Plus Plus, предлагающий еще более высокую мощность для устройств, которым требуется до 60 Вт.

Не позволяйте вашим системам PoE висеть на волоске. Требование тестирования асимметрии сопротивления постоянному току с помощью DSX-5000 — это простая и недорогая страховка для сегодняшних и будущих систем PoE.

Повышение согласованности завершения с помощью правильного инструмента завершения

Использование правильного инструмента терминации может помочь повысить согласованность терминации и избежать дисбаланса сопротивления постоянного тока в системах PoE. Существует три типа инструментов для заделки телекоммуникационных кабелей: ручные, ударные и многопроволочные. Ручные инструменты для пробивки требуют, чтобы основная часть силы исходила от человеческой силы, что может привести к более высокой несогласованности между двумя проводниками пары. Очень сложно каждый раз прикладывать точное усилие к каждому проводнику, особенно когда наступает усталость рук.

Ударные инструменты, требующие меньшего усилия со стороны установщика, являются лучшим вариантом, но они все же могут привести к несоответствию заделки от проводника к проводнику. Наилучшим вариантом для обеспечения согласованности заделки являются инструменты с несколькими проводами, такие как JackRapid, которые заделывают все пары одним сжатием, обеспечивая эквивалентное усилие на всех проводниках. Многожильные инструменты также снижают утомляемость рук и значительно сокращают время установки, поскольку заделка разъемов выполняется в восемь раз быстрее, чем при использовании однопроводных инструментов.Комбинация более быстрых, надежных и стабильных концевых заделок снижает количество переделок и затраты на целых 80%.

Сопротивление контура постоянного тока в зависимости от дисбаланса сопротивления постоянного тока

Часто возникает некоторая путаница в отношении разницы между сопротивлением контура постоянного тока и асимметрией сопротивления постоянного тока. Способность передавать определенное количество энергии зависит от общего сопротивления контура постоянного тока определенной длины кабеля. Сопротивление контура постоянному току рассчитывается как сумма сопротивлений постоянному току двух проводников в паре.В соответствии со стандартами IEEE сопротивление контура постоянного тока канала пары должно быть 25 Ом или меньше, а сопротивление контура постоянного тока постоянного соединения должно быть 21 Ом или меньше.

Электрическое сопротивление — Энциклопедия Нового Света

Электромагнетизм
Электричество · Магнетизм

Магнитостатика

Круговой закон Ампера
Магнитное поле
Магнитный поток
Закон Био-Савара
Магнитный дипольный момент

Электродинамика

Электрический ток
Закон силы Лоренца
Электродвижущая сила
(ЭМ) Электромагнитная индукция
Закон Фарадея-Ленца
Ток смещения
Уравнения Максвелла
(ЭМП) Электромагнитное поле
(ЭМ) Электромагнитное излучение

Тензоры в теории относительности

Электромагнитный тензор
Электромагнитный тензор энергии-импульса

Электрическое сопротивление объекта (или материала) является мерой степени сопротивления объекта проходящему через него электрическому току.Открытое Георгом Омом в 1827 году электрическое сопротивление 90 506 [1] 90 507 имеет некоторые концептуальные параллели с механическим понятием трения. Единицей электрического сопротивления в системе СИ является ом, обозначаемый как Ω. Обратная величина электрического сопротивления равна электрической проводимости , измеренной в Сименсах.

Сопротивление объекта определяет величину тока через объект при заданной разности потенциалов (напряжении) на объекте. Таким образом, электрическое сопротивление равно отношению напряжения к электрическому току.Для самых разных материалов и условий электрическое сопротивление не зависит от величины тока, проходящего через объект, или величины напряжения на объекте. Другими словами, сопротивление R является постоянным для данного материала.

Резистор на 750 кОм, обозначенный электронным цветовым кодом. Для проверки этого значения можно использовать омметр.

Закон Ома

Математическое уравнение закона Ома может быть записано как:

R = VI{\ displaystyle R = {\ frac {V} {I}}}

, где

R сопротивление объекта, измеренное в Омах, эквивалентное Дж с /C 2
В – разность потенциалов на объекте, измеренная в Вольтах
I ток через объект, измеренный в амперах

Отношение напряжения к электрическому току также называется хордовым сопротивлением.

Сопротивление проводника

Сопротивление постоянному току

Пока плотность тока абсолютно однородна, сопротивление постоянному току R проводника регулярного сечения можно рассчитать как

р = ℓ⋅ρA {\ displaystyle R = {\ ell \ cdot \ rho \ over A} \,}

, где

– длина проводника, измеренная в метрах
A – площадь поперечного сечения, измеренная в квадратных метрах также называется удельным электрическим сопротивлением ) материала, измеряемым в Ом • метр.Удельное сопротивление является мерой способности материала противостоять электрическому току.

По практическим соображениям почти любое подключение к реальному проводнику почти наверняка будет означать, что плотность тока не будет полностью однородной. Однако эта формула по-прежнему дает хорошее приближение для длинных тонких проводников, таких как провода.

Сопротивление переменному току

Если провод проводит переменный ток высокой частоты, то эффективная площадь поперечного сечения провода уменьшается из-за скин-эффекта.Это приводит к увеличению сопротивления провода со скоростью 10 дБ/декаду для радиуса провода, намного превышающего глубину скин-слоя.

В проводнике, расположенном близко к другим, фактическое сопротивление выше, чем предсказанное скин-эффектом из-за эффекта близости.

Причины резистентности

В металле

Металл состоит из решетки атомов, каждый из которых имеет электронную оболочку. Это также может быть известно как положительная ионная решетка. Внешние электроны могут свободно отделяться от своих родительских атомов и путешествовать по решетке, создавая «море» электронов, превращая металл в проводник.Когда к металлу прикладывается разность электрических потенциалов (напряжение), электроны дрейфуют от одного конца проводника к другому под действием электрического поля.

Вблизи комнатных температур тепловое движение ионов является основным источником рассеяния электронов (из-за деструктивной интерференции свободной электронной волны с некоррелирующими потенциалами ионов) и, таким образом, основной причиной сопротивления металлов. Несовершенства решетки также вносят вклад в сопротивление, хотя их вклад в чистых металлах незначителен.

Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше электронов доступно для переноса тока, поэтому сопротивление ниже. Чем длиннее проводник, тем больше случаев рассеяния происходит на пути каждого электрона через материал, поэтому тем выше сопротивление. Различные материалы также влияют на сопротивление. [2]

В полупроводниках и изоляторах

В металлах уровень Ферми находится в зоне проводимости (см. Теорию зон ниже), что приводит к появлению свободных электронов проводимости.Однако в полупроводниках положение уровня Ферми находится внутри запрещенной зоны, примерно посередине между минимумом зоны проводимости и максимумом валентной зоны для собственных (нелегированных) полупроводников. Это означает, что при 0 Кельвина свободных электронов проводимости нет, а сопротивление бесконечно. Однако сопротивление будет продолжать уменьшаться по мере увеличения плотности носителей заряда в зоне проводимости. В примесных (легированных) полупроводниках примесные атомы увеличивают концентрацию основных носителей заряда, отдавая электроны в зону проводимости или принимая дырки в валентной зоне.Для обоих типов донорных или акцепторных атомов увеличение плотности легирующей примеси приводит к снижению сопротивления. Следовательно, сильно легированные полупроводники ведут себя как металлические. При очень высоких температурах вклад термически генерируемых носителей будет преобладать над вкладом легирующих атомов, и сопротивление будет экспоненциально уменьшаться с температурой.

В ионных жидкостях/электролитах

В электролитах электрическая проводимость осуществляется не зонными электронами или дырками, а полным перемещением атомных частиц (ионов), каждый из которых несет электрический заряд.Удельное сопротивление ионных жидкостей сильно зависит от концентрации соли: в то время как дистиллированная вода является почти изолятором, соленая вода является очень эффективным электрическим проводником.{16}} Сверхпроводники 0 (точно)

Упрощенная ленточная теория

Квантовая механика утверждает, что энергия электрона в атоме не может быть произвольной величиной.Скорее, существуют фиксированные энергетические уровни, которые могут занимать электроны, и значения между этими уровнями невозможны. Энергетические уровни сгруппированы в две зоны: валентную зону и зону проводимости (последняя обычно выше первой). Электроны в зоне проводимости могут свободно перемещаться по веществу в присутствии электрического поля.

В изоляторах и полупроводниках атомы в веществе влияют друг на друга так, что между валентной зоной и зоной проводимости существует запрещенная зона энергетических уровней, которую электроны не могут занимать.Чтобы протекал ток, электрон должен передать относительно большое количество энергии, чтобы он перепрыгнул через эту запрещенную щель и попал в зону проводимости. Таким образом, даже большие напряжения могут давать относительно малые токи.

Дифференциальное сопротивление

Когда сопротивление может зависеть от напряжения и тока, дифференциальное сопротивление , добавочное сопротивление или наклонное сопротивление определяется как наклон графика V-I в определенной точке, таким образом:

R = dVdI {\ displaystyle R = {\ frac {\ mathrm {d} V} {\ mathrm {d} I}} \,}

Эту величину иногда называют просто сопротивлением , хотя два определения эквивалентны только для омической составляющей, такой как идеальный резистор.Например, диод — это элемент схемы, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения или тока.

Если график V-I немонотонный (т.е. имеет пик или впадину), дифференциальное сопротивление будет отрицательным для некоторых значений напряжения и тока. Это свойство часто называют отрицательным сопротивлением , хотя правильнее его называть отрицательным дифференциальным сопротивлением , так как абсолютное сопротивление В / I все же положительно.Примером такого элемента является туннельный диод.

Зависимость от температуры

Вблизи комнатной температуры электрическое сопротивление типичного металла линейно зависит от температуры. При более низких температурах (меньше температуры Дебая) сопротивление уменьшается как Тл 5 из-за рассеяния электронов на фононах. При еще более низких температурах доминирующим механизмом рассеяния электронов являются другие электроны, и сопротивление уменьшается как Тл 2 .{5}+cT\,}

, где R imp — удельное электрическое сопротивление, не зависящее от температуры, обусловленное примесями, а a , b и c — коэффициенты, зависящие от свойств металла. Это правило можно рассматривать как мотивацию экспериментов Хайке Камерлинг-Оннеса, которые привели в 1911 году к открытию сверхпроводимости. Подробнее см. История сверхпроводимости.

Электрическое сопротивление типичного собственного (нелегированного) полупроводника экспоненциально уменьшается с температурой:

R = R0e-aT {\ displaystyle R = R_ {0} e ^ {- aT} \,}

Внешние (легированные) полупроводники имеют гораздо более сложный температурный профиль.При повышении температуры, начиная с абсолютного нуля, они сначала резко уменьшают сопротивление по мере того, как носители покидают доноры или акцепторы. После того, как большинство доноров или акцепторов потеряли свои носители, сопротивление снова начинает немного увеличиваться из-за уменьшения подвижности носителей (как в металле). При более высоких температурах он будет вести себя как собственный полупроводник, поскольку носители от доноров/акцепторов становятся незначительными по сравнению с носителями, генерируемыми термически.

Электрическое сопротивление электролитов и изоляторов сильно нелинейно и зависит от конкретного случая, поэтому обобщенные уравнения не приводятся.

Измерение сопротивления

Прибор для измерения сопротивления называется измерителем сопротивления или омметром. Простые омметры не могут точно измерять низкие сопротивления, потому что сопротивление их измерительных проводов вызывает падение напряжения, которое мешает измерению, поэтому в более точных устройствах используется измерение с четырьмя клеммами.

См. также

Примечания

  1. ↑ Science Timeline (Ом открывает сопротивление и, следовательно, закон Ома в 1827 году.) Проверено 19 октября 2008 г.
  2. ↑ Суреш В. Веттур (сентябрь 2003 г.), Электропроводность и сверхпроводимость Резонанс , стр. 41-48. Проверено 25 октября 2008 г.
  3. ↑ А. Маттиссен (1862 г.), , представитель Великобритании. Жопа , 32:144.
  4. ↑ А. Маттиссен (1864 г.), Progg. Аналлен , 122:47.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  • Джанколи, Дуглас. Физика для ученых и инженеров, с современной физикой (главы 1–37), 4-е изд.Серия «Овладение физикой». Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2007. ISBN 978-0136139263
  • Гибилиско, Стэн. Демистификация электричества. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2005. ISBN 0071439250
  • Типлер, Пол Аллен и Джин Моска. Физика для ученых и инженеров, Том 2: Электричество и магнетизм, свет, Современная физика , 5-е изд. Нью-Йорк: WH Фримен, 2004. ISBN 0716708108
  • .
  • Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. Физика для ученых и инженеров, 11-е издание.Сан-Франциско: Пирсон, 2003. ISBN 080538684X

Внешние ссылки

Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства.Упоминание должно быть выполнено в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, которые лицензируются отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: сопротивление


Столкновения между электронами и атомами в проводнике вызывают сопротивление потоку заряда. Мы измеряем это сопротивление, чтобы определить влияние, которое оно окажет на ток. Ученые измеряют сопротивление Ом в (рифмуется с дома). Существует волшебная маленькая формула, используемая для определения сопротивления в электрической системе. Эта формула называется законом Ома, V=IR.Символ «V» используется для обозначения чего-то, что называется разностью потенциалов . Разность потенциалов — это количество работы, выполненной при перемещении заряда между двумя точками, деленное на размер заряда. Хотя это как-то сложно. Вы можете думать о потенциале как об электрической высоте. Высокий потенциал (близкий к положительному заряду) — это как быть на вершине холма. Низкий потенциал (почти отрицательный заряд) похож на пребывание в долине. Таким образом, разность потенциалов указывает на разницу в электрической высоте между двумя точками.Чем больше эта разница, тем больше вероятность того, что заряд будет двигаться. Разность потенциалов измеряется в вольтах, а потенциал обычно называют напряжением. «I» — это символ тока, а «R» — это символ сопротивления системы. Сила тока измеряется в амперах, а сопротивление измеряется в омах.

Как вы можете думать о сопротивлении? Вы когда-нибудь ходили на бейсбольный матч? Между иннингами мы любим ходить за едой. Между стойкой и нами всегда есть люди.Сопротивление току похоже на то, как вы пытаетесь пробраться сквозь толпу, чтобы получить свой хот-дог. Вы должны прокладывать свой путь через людей, чтобы достичь своей цели. Чем больше людей на вашем пути, тем больше сопротивление. Если все сидят на своих местах, достать еду очень просто. Сопротивления будет очень мало.

Давайте вернемся к этому уравнению и посмотрим на него с точки зрения сопротивления. Когда вы перемещаете значения, вы получаете R=V/I . На английском языке это означает, что сопротивление системы зависит от напряжения и тока.Не все проводники подчиняются закону Ома.

Сопротивление также основано на удельном сопротивлении материала. Удельное сопротивление материала изменяется из-за химического состава или температуры. Медь является лучшим проводником, чем дерево, поэтому медь будет иметь более низкое удельное сопротивление. Это удельное сопротивление сочетается с (1) расстоянием и (2) пространством, в котором заряды должны перемещаться (тонкие провода против толстых), чтобы повлиять на значение «R». Большая длина приводит к большему сопротивлению, а толстые провода — к меньшему.Когда люди подключают колонки, они обычно используют как можно более короткие и толстые провода.

В металлах электроны переносят заряды тока по мере его протекания. Что останавливает электроны? Что оказывает сопротивление этому току? Ничто не обеспечивает идеального протекания тока, даже сверхпроводники . В металле есть небольшие дефекты. Вы не можете их увидеть, потому что они находятся на молекулярном уровне. Эти несовершенства заставляют электроны сталкиваться с атомами металла. Когда они ударяются о металл, электроны теряют энергию.Куда уходит эта энергия? Обычно он превращается в тепло. Вы можете наблюдать, как нагревается плита или, может быть, плита. Они нагреваются из-за столкновений между электронами и металлом. Несовершенства означают столкновения; столкновения означают тепло.



Или поищите на сайтах по конкретной теме.

Причина сопротивления в проводе

СОПРОТИВЛЕНИЕ И Удельное сопротивление

Сопротивление проводника представляет собой препятствие, создаваемое проводником для протекания по нему электрического тока.

Сопротивление (R) проводника определяется как отношение разности потенциалов (В) на концах проводника к току (I), протекающему через него, т. е.

Р=В/л

Единицей сопротивления в системе СИ является Ом. Где 1 Ом = 1 вольт/1 ампер = 1 В/1 А

Таким образом, 1 Ом — это сопротивление проводника, по которому протекает ток в 1 ампер, когда к концам проводника приложена разность потенциалов в 1 вольт.

причина сопротивления провода: Сопротивление данного проводящего провода обусловлено столкновениями свободных электронов друг с другом, ионами или атомами проводника и стенками проводника во время их дрейфа к положительному концу проводник, который, в свою очередь, зависит от расположения атомов в проводящем материале, а также от длины и толщины проводящего провода.

R=V/I=ml/Ane 2 t (обсуждается в законе Ома и его выводе)

Или                                                        R=m/ne 2 t (l/A)

Или                R= ρl/A                                 (1)

Где ρ = m/ne 2 t — удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление материала проводника.

Из уравнения (1) мы видим, что сопротивление данного проводника зависит от различных факторов, указанных ниже:

(а) Длина (л). Сопротивление (R) проводника прямо пропорционально длине (l) проводника, то есть сопротивление проводника удваивается, если его длину удвоить.

Таким образом        R α l                                                                  (2)

(b) Площадь поперечного сечения (A). Сопротивление проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника, то есть сопротивление проводника становится вдвое, когда площадь его поперечного сечения увеличивается вдвое.

(3)

(c) Сопротивление проводника также зависит от природы материала и температуры проводника.

Таким образом, складывая уравнения (2) и (3), мы получаем

R α л/А

Или                     R=ρ l/A                                                          (4)

Где p является постоянным и известен как удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление материала проводника.

Если l=1.A=1, то из уравнения (4) R=ρ

Таким образом, удельное сопротивление (или удельное электрическое сопротивление) материала проводника определяется как сопротивление единицы длины и единицы площади поперечного сечения проводника, таким образом, это также сопротивление единицы куба материала проводника.

Из уравнения (4),                                                ρ=RA/l

Таким образом, единица измерения ρ=Ом*м 2 /м=Ом-м или Ом·м

Как                                   ρ = m/ne 2 t

Удельное электрическое сопротивление или удельное сопротивление (ρ) зависит от n и t i.e от природы материала проводника, а не от размеров проводника. Если время релаксации t уменьшается, то удельное сопротивление ρ увеличивается как

ρ α 1/т

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.