ОСОБЫЕ ЗАДАЧИ

• Чтобы проверить закон Ома (V = Ri), построив график зависимости V от i для провода и определить сопротивление (R) провода.
• Для проверки удельного сопротивления закон (R = L / A) путем построения графика зависимости R от L для провода и определения удельное сопротивление () для материала, из которого сделана проволока.
• Ознакомиться с методом измерения вольтметром-амперметром сопротивление.

ОБОРУДОВАНИЕ

ГЛОССАРИЙ

• ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (R) устройства определяется как отношение напряжения (В) на устройстве к току (i) через устройство R = V / i. Единица сопротивления, Ом ( , Греческий буква заглавная омега), тогда определяется как сопротивление, когда один вольт существует поперек и через устройство протекает один ампер, = В / А.
• ЗАКОН ОМА состояние некоторых материалов, в которых сопротивление постоянная независимо от напряжения, приложенного к устройству. Для материалов которые подчиняются закону Ома (некоторые не делают), график зависимости напряжения от тока дает прямая линия, наклон которой является сопротивлением материала.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Закон Ома предлагает метод измерения сопротивления. Если вольтметр используется для измерения напряжения (В) на неизвестном сопротивлении (R), а амперметр используется для измерения силы тока (i) через то же неизвестное сопротивление, тогда R будет равно R = V / i.В два измерения V и i, конечно, должны быть сделаны одновременно. Некоторые дальнейшее рассмотрение метода вольтметр-амперметр (метод V-A) выявляет что есть врожденная ошибка. Рассмотрим две показанные схемы (cct.) ниже.

В cct. 2, вольтметр считывает истинное напряжение на R, но теперь амперметр считывает ток (i) как через вольтметр, так и через R. Таким образом, измеренный ток больше, чем требуется, поэтому рассчитанный R будет ошибочным, т.е. слишком маленьким:

Омметр и мост Уитстона предоставляют два других метода для определение сопротивления. Омметр, как правило, не является прецизионным устройством. но подходит для многих электронных приложений. Мост Уитстона может доработать, чтобы обеспечить прецизионные меры сопротивления, которые могут потребоваться в использование такого, как термометр сопротивления.

Свойство электрического сопротивления, которое может потребоваться учитывать в некоторых В некоторых случаях это зависит от температуры.Сопротивление (R) дан кем-то: R = R _o (1 + T), где T — температура, R _o — сопротивление при 0 ^o C и — ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ. К счастью, мала для некоторых металлов, таких как медь и алюминий, но может быть относительно большой для других. Последние полезны в качестве термометров сопротивления. Вспоминая, что скорость производства тепла (Мощность = P) в сопротивлении (R), переносящий ток (i) определяется выражением

Омические материалы или устройства подчиняются закону Ома, но есть неомические вещи, к которым закон не может быть должным образом применен. В то время как Ома Закон действительно имеет широкое применение, но у него есть и ограничения.

ЗАКОН СОПРОТИВЛЕНИЯ состоит в том, что R = L / A, где R — сопротивление провода длина L, площадь поперечного сечения A и изготовлен из материала, СОПРОТИВЛЕНИЕ которого составляет .Логически R пропорционально L, и R также пропорционально l / A, поэтому — константа пропорциональности, которая зависит только от материала, из которого сделана проволока, а не от длина, площадь поперечного сечения или форма провода.

Одной из проверок закона удельного сопротивления может быть измерение сопротивления (R) различной длины (L) определенного калибра (диаметра или поперечного сечения площадь) и вид (материал) проволоки. Линейный график зависимости R от L должен показывают, что R пропорционально L и, согласно закону, наклон этого сюжета должно быть / А.Если измеряется диаметр проволоки, от которой площадь (А) Проволока может быть рассчитана, затем из крутизны зависимости R от L, можно было найти.

ПРОЦЕДУРА

1. Ознакомьтесь с мерами предосторожности при использовании мультиметр как измеритель тока. Имейте в виду, что цвета свинца провода в этом эксперименте будут отличаться от цветов зондов в меры предосторожности.
2. Отрегулируйте источник питания до нуля вольт и подключите цепь, как показано ниже, оставляя зонд вольтметра (P) отключенным в это время.

   Закон Ома

3. Подсоедините щуп вольтметра (P) к клемме 10 и проверьте проводку к убедитесь, что вольтметр (V) считывает напряжение на всем 10-метровом длина провода, в то время как амперметр (A) считывает ток через провод. Установленный амперметр с функцией DCA и диапазоном 10 А. Включите вольтметр. Функция DCV и используйте диапазон 15 В. Включите блок питания и медленно увеличивайте напряжение до тех пор, пока A и V не начнут показывать показания. Это теперь вопрос одновременного чтения A и V, чтобы получить данные для V vs.я сюжет. В диапазон для i должен составлять от 0,2 до 0,8 А, и я не должен превышает 1,0 А. Подумайте о задействованных критериях и выберите текущие приращения, чтобы обеспечить соответствующее количество и распределение точки. Запишите эти данные V vs. i. При попытке прочитать напряжение и ток одновременно, возможно, два партнера могли бы показывать показания счетчика по какому-либо сигналу.

   Закон об удельном сопротивлении

4. Отрегулируйте напряжение питания до нуля вольт и снимите датчик с терминалы.Увеличивайте напряжение источника питания до тех пор, пока ток через проволока составляет около 0,75 А. Через несколько минут, когда термическое равновесие установится. достигнута, ток должен стабилизироваться. Поднесите датчик к клемме lm и считывать и записывать напряжение и ток одновременно. Продолжайте это процедура до 2м, 3м … 10м. терминалы используются для записи L, V и i на каждом шагу.
5. Используйте микрометр Вернье измерить диаметр проволоки в нескольких местах. Не растягивайте проволока в измерении диаметра.Два измерения на каждом боковом проводе должны быть адекватный. Кроме того, закройте микрометр, прочтите его и выполните коррекцию нуля на последующие чтения. Надежный средний диаметр необходим, чтобы гарантировать, что расчетная площадь является репрезентативной для провода.

   Омметр Метод

6. Прочтите меры предосторожности при использовании мультиметр как омметр. Имейте в виду, что цвета свинца провода в этом эксперименте будут отличаться от цветов зондов в меры предосторожности.
7. Используйте функцию омметра мультиметра для измерения сопротивления 10-метровый провод.Чтобы избежать возможного повреждения счетчика, провод нельзя подключать к источнику питания при использовании омметра.
8. Замкните (соедините вместе) провода вывода омметра для чтения и записи сопротивление подводящего провода.

АНАЛИЗ

Закон Ома

1. Постройте график зависимости V от i, прочтите R по наклону и вычислите

   Закон об удельном сопротивлении

2. Вычислить распространяемую ошибку на R из ошибок чтения на V и i для каждой строки в вашей таблице данных.
3. График R против L, читать (не равный наклону, а просто связанный с ним) и вычисляем R.

   Омметр Метод

4. Как значение R омметра соотносится с сопротивлением 10 м провод, как обнаружено на вашем графике V vs. i? Кроме того, сравните с найденным из R vs. L. (Покажите, как вы нашли эти последние R). Обратите внимание, что это сравнение включает метод омметра по сравнению с V-A метод. Кажется, что предыдущее показание омметра следует или не следует корректировать сопротивление подводящего провода? Объяснять.Другими словами, метод омметра дает сопротивление обеих плат. И подводящие провода; другие методы измеряют сопротивление только плате, или они также измеряют сопротивление проводов. Если все три метода Измерьте то же самое, никаких поправок не требуется.
5. Теперь доступны три различных показателя (два графика и омметр) сопротивления 10 м провода. Перечислите эти три R-значения и вычислить среднее значение и стандартное отклонение от среднего (SDOM).Теперь что ты Считайте, что сопротивление вашей 10-метровой длины в форме R ± R? (Дело в том, что после всех этих измерений, R ₁₀ еще точно не известно! Итак — надо признать что некоторая погрешность измерения существует во всех экспериментальных работах.)
6. Определите как минимум два источника случайной (статистической) ошибки.
7. Определите как минимум два источника систематической ошибки.
8. Бонус: посмотрите удельное сопротивление провода в справочнике CRC Химия и физика и определите материал.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расчет сопротивления — Закон Ома — Ток, напряжение и сопротивление — GCSE Physics (Single Science) Revision — Other

jlzkql5daa.0.0.0.1:0.1.0.$0.$1.$0″> Сопротивление электрического компонента можно определить путем измерения электрического тока, протекающего через него, и разности потенциалов на нем.

Это уравнение, называемое законом Ома , показывает взаимосвязь между разностью потенциалов, током и сопротивлением:

напряжение = ток × сопротивление

В = I × R

где:

В — разность потенциалов в вольт, В

I — ток в амперах (амперах), A

0.0.0.1:0.1.0.$0.$1.$7.$0″> R — сопротивление в Ом, Ом

Уравнение можно переставить, чтобы найти сопротивление:

R = V ÷ I

Вопрос

Через лампу на 240 В. проходит 3 А.Какое сопротивление лампы?

Показать ответ

Сопротивление = 240 ÷ 3 = 80 Ом

1.0.$0.$1.$11″> Для расчета сопротивления электрического компонента используется амперметр для измерения тока и вольтметр для измерения потенциала разница. Затем сопротивление можно рассчитать по закону Ома.

Электроизмерительные приборы — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Опишите, как подключить вольтметр в цепь для измерения напряжения
• Опишите, как подключить амперметр в цепь для измерения тока
• Опишите использование омметра

Ома и метод Кирхгофа полезны для анализа и проектирования электрических цепей, предоставляя вам значения напряжения, проходящего тока и сопротивления компонентов, составляющих цепь.Для измерения этих параметров требуются инструменты, и эти инструменты описаны в этом разделе.

Вольтметры и амперметры постоянного тока

В то время как вольтметр с измеряет напряжение, амперметр с измеряет ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях на самом деле являются вольтметрами или амперметрами ((рисунок)). Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, дает более полное представление о применениях последовательного и параллельного подключения.

Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый соответственно) в этом Volkswagen 1996 года выпуска представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств. Эти единицы пропорциональны количеству бензина в баке и температуре двигателя. (Источник: Кристиан Гирсинг)

Измерение тока с помощью амперметра

Для измерения тока через устройство или компонент амперметр подключается последовательно с устройством или компонентом. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них.(См. (Рисунок), где амперметр обозначен символом A.)

(a) Когда амперметр используется для измерения тока через два резистора, подключенных последовательно к батарее, один амперметр помещается последовательно с двумя резисторами, потому что ток через два последовательно включенных резистора одинаков. (b) Когда два резистора соединены параллельно с батареей, три метра или три отдельных показания амперметра необходимы для измерения тока от батареи и через каждый резистор.Амперметр подключается последовательно к рассматриваемому компоненту.

Амперметры должны иметь очень низкое сопротивление, доли миллиома. Если сопротивлением нельзя пренебречь, установка амперметра в цепь изменит эквивалентное сопротивление цепи и изменит измеряемый ток. Поскольку ток в цепи проходит через измеритель, амперметры обычно содержат предохранитель для защиты измерителя от повреждения слишком высокими токами.

Измерение напряжения с помощью вольтметра

Вольтметр подключается параллельно к любому устройству, которое он измеряет.Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. (Рисунок), где вольтметр обозначен символом V.)

Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещается параллельно источнику напряжения или одному из резисторов. Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между положительной клеммой и отрицательной клеммой аккумулятора или источника напряжения. Невозможно подключить вольтметр напрямую через ЭДС без учета внутреннего сопротивления — батареи.

Поскольку вольтметры подключаются параллельно, вольтметр должен иметь очень большое сопротивление. Цифровые вольтметры преобразуют аналоговое напряжение в цифровое значение для отображения на цифровом индикаторе ((рисунок)). Недорогие вольтметры имеют сопротивление порядка, тогда как у высокоточных вольтметров сопротивление порядка. Значение сопротивления может варьироваться в зависимости от того, какая шкала используется на измерителе.

(a) Аналоговый вольтметр использует гальванометр для измерения напряжения.(b) Цифровые счетчики используют аналого-цифровой преобразователь для измерения напряжения. (кредит: модификация произведений Джозефа Дж. Траута)

Аналоговые и цифровые счетчики

В лаборатории физики вы можете встретить два типа измерителей: аналоговые и цифровые. Термин «аналоговый» относится к сигналам или информации, представленной непрерывно изменяющейся физической величиной, такой как напряжение или ток. Аналоговый измеритель использует гальванометр, который по сути представляет собой катушку провода с небольшим сопротивлением в магнитном поле, с прикрепленной стрелкой, указывающей на шкалу.Ток течет через катушку, заставляя катушку вращаться. Чтобы использовать гальванометр в качестве амперметра, параллельно катушке помещают небольшое сопротивление. У вольтметра большое сопротивление ставится последовательно с катушкой. Цифровой измеритель использует компонент, называемый аналого-цифровым (аналого-цифровым) преобразователем, и выражает ток или напряжение как серию цифр 0 и 1, которые используются для работы цифрового дисплея. Большинство аналоговых счетчиков было заменено цифровыми.

Проверьте свое понимание Цифровые измерители способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые измерители, использующие гальванометры.Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики. Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. Обратитесь к (Рисунок) и (Рисунок) и их обсуждение в тексте.

Омметры

Омметр — это прибор, используемый для измерения сопротивления компонента или устройства.Работа омметра основана на законе Ома. Традиционные омметры содержат внутренний источник напряжения (например, аккумулятор), который подключается к проверяемому компоненту, создавая ток через компонент. Затем для измерения силы тока использовался гальванометр, а сопротивление вычислялось по закону Ома. Современные цифровые измерители используют источник постоянного тока для пропускания тока через компонент, и измеряется разность напряжений на компоненте. В любом случае сопротивление измеряется по закону Ома, где известно напряжение и измеряется ток, либо известен ток и измеряется напряжение.

Интересующий компонент должен быть изолирован от цепи; в противном случае вы будете измерять эквивалентное сопротивление цепи. Омметр никогда не следует подключать к «активной» цепи, к которой подключен источник напряжения и через нее протекает ток. Это может повредить глюкометр.

Сводка

• Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Аналоговые счетчики основаны на комбинации резистора и гальванометра, устройства, которое дает аналоговые показания тока или напряжения.Цифровые измерители основаны на аналого-цифровых преобразователях и обеспечивают дискретное или цифровое измерение тока или напряжения.
• Вольтметр помещается параллельно источнику напряжения для получения полного напряжения и должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
• Амперметр включается последовательно, чтобы через ответвление протекал полный ток, и должен иметь небольшое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
• Стандартные вольтметры и амперметры изменяют схему, к которой они подключены, и поэтому их точность ограничена.
Омметры
• используются для измерения сопротивления. Компонент, в котором должно быть измерено сопротивление, должен быть изолирован (удален) от цепи.

Концептуальные вопросы

Что произойдет, если вы включите вольтметр последовательно с проверяемым компонентом?

Вольтметр включит большое сопротивление последовательно с цепью, что значительно изменит схему. Это, вероятно, дало бы толкование, но это было бы бессмысленно.

Каков основной принцип действия омметра при измерении сопротивления резистора?

Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано ниже?

Амперметр имеет малое сопротивление; следовательно, будет образовываться большой ток, который может повредить измеритель и / или перегреть аккумулятор.

Проблемы

Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В, имеющего внутреннее сопротивление, путем подключения вольтметра к его клеммам (см. Ниже). а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Глоссарий

амперметр

прибор для измерения силы тока

вольтметр

прибор для измерения напряжения

Факты об электрическом сопротивлении для детей

Электрическое сопротивление электрического проводника является мерой трудности прохождения электрического тока через вещество.Он объясняет взаимосвязь между напряжением (величиной электрического давления) и током (потоком электричества). Чем больше сопротивление в цепи, тем меньше электричества будет проходить через цепь. Сопротивление, обратное сопротивлению, — это проводимость, а этот показатель мало используется. Сопротивлением обладают все объекты, кроме сверхпроводников.

Сопротивление, обнаруженное Георгом Симоном Омом в 1827 году, представляет собой соотношение между напряжением и током. Закон Ома гласил, что напряжение между любыми двумя точками проводника изменяется напрямую, как ток между двумя точками, при условии, что температура остается неизменной.Он описал это уравнением:

, который моделирует соотношение, где:

— сопротивление объекта, измеренное в Ом (Ом)

— напряжение на объекте, измеренное в вольтах (В)

— ток, протекающий через объект, измеряется в амперах (А)

Расчет сопротивления

Длинный и тонкий провод имеет большее сопротивление, чем короткий и толстый. Простая аналогия — это дорога: чем больше полос, тем больше машин может проехать.Следовательно, сопротивление R провода постоянной ширины можно рассчитать как:

где — длина проводника, измеренная в метрах [м], — это площадь поперечного сечения проводника, измеренная в квадратных метрах [м²], а ρ (греч .: rho) — удельное электрическое сопротивление (также называемое удельным сопротивлением . электрическое сопротивление материала ), измеренное в ом-метрах (Ом · м).

Пример. Рассчитайте сопротивление медного провода радиусом 2 мм и длиной 5 метров.

Решение:

Удельное сопротивление () меди составляет Ом · м.

Площадь поперечного сечения () квадратных метров

Длина () метров

Потому что:

Приложения

Резисторы используются в электрических цепях для обеспечения электрического сопротивления.

Образы для детей

• Резистор 75 Ом, что определяется его электронным цветовым кодом (фиолетовый – зеленый – черный – золотой – красный).Для проверки этого значения можно использовать омметр.

• Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах.

• Пропускание тока через материал с сопротивлением создает тепло, что называется джоулевым нагревом. На этом снимке патронный нагреватель, нагретый джоулевым нагревом, раскален докрасна.

Что такое удельное сопротивление — формулы и единицы »Электроника

Удельное электрическое сопротивление является ключевым параметром для любого материала, используемого в электрических цепях, электронных компонентах и ​​многих других предметах.

Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Сопротивление лампы накаливания Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов

Удельное сопротивление — это мера сопротивления определенного размера материала определенного размера электрической проводимости.

Удельное сопротивление также может называться удельным электрическим сопротивлением или объемным сопротивлением, хотя эти термины используются менее широко.

Хотя материалы сопротивляются прохождению электрического тока, некоторые из них проводят его лучше, чем другие.

Удельное сопротивление — это показатель, позволяющий сравнивать то, как различные материалы допускают или препятствуют прохождению тока.

Чтобы значения удельного сопротивления были значимыми, для удельного сопротивления используются определенные единицы, и есть формулы для его расчета и соотнесения его с сопротивлением в Ом для данного размера материала.

Материалы, которые легко проводят электрический ток, называются проводниками и имеют низкое удельное сопротивление.Те, которые плохо проводят электричество, называются изоляторами, и эти материалы обладают высоким удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление различных материалов играет важную роль при выборе материалов, используемых для электрических проводов во многих электронных компонентах, включая резисторы, интегральные схемы и многое другое.

Определение удельного сопротивления и единицы

Удельное электрическое сопротивление образца материала может быть также известно как его удельное электрическое сопротивление.Это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.

Определение удельного сопротивления:

Удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

Удельное электрическое сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения при заданной температуре.

Единица измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ — ом · метр (Ом · м). Обычно обозначается греческой буквой ρ, ро.

Хотя обычно используется единица измерения удельного сопротивления в системе СИ, омметр, иногда значения могут быть выражены в омах сантиметрах, Ом⋅см.

В качестве примера, если твердый куб материала размером 1 M ³ имеет листовые контакты на двух противоположных гранях, которые сами по себе не создают никакого сопротивления, а сопротивление между контактами составляет 1 Ом, тогда удельное сопротивление материала называется 1 & Omega: & dot; ⋅m.-2

Многие резисторы и проводники имеют одинаковое поперечное сечение с равномерным течением электрического тока. Следовательно, можно создать более конкретную, но более широко используемую формулу или уравнение электрического сопротивления:

Где:
R — электрическое сопротивление однородного образца материала, измеренное в омах,
l — длина куска материала, измеренная в метрах, м
A — площадь поперечного сечения образца, измеренная в квадратных метрах, м ^ 2

Из уравнений видно, что сопротивление можно изменять, изменяя множество различных параметров.

Например, сохраняя постоянное удельное сопротивление материала, сопротивление образца можно увеличить, увеличив длину или уменьшив площадь поперечного сечения. Из уравнений удельного сопротивления также видно, что увеличение удельного сопротивления материала приведет к увеличению сопротивления при тех же размерах. Аналогичным образом уменьшение удельного сопротивления приведет к уменьшению сопротивления.

Уровни удельного сопротивления материалов

Материалы делятся на разные категории в зависимости от их уровня или удельного сопротивления.-8

Переменная *

0

* Уровень проводимости полупроводников зависит от уровня легирования. Без легирования они выглядят почти как изоляторы, но с легированием доступны носители заряда, и сопротивление резко падает.Аналогично для электролитов уровень удельного сопротивления варьируется в широких пределах.

Определение удельного сопротивления гласит, что удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

Удельное сопротивление обычно измеряется в Омметрах. Это означает, что удельное сопротивление измеряется для куба материала размером метр в каждом направлении.

Практическое значение удельного сопротивления

Удельное сопротивление материалов важно, поскольку оно позволяет использовать правильные материалы в нужных местах в электрических и электронных компонентах.

Материалы, используемые в качестве проводников, например в электрических и общих соединительных проводах, должны иметь низкий уровень удельного сопротивления. Это означает, что для данной площади поперечного сечения сопротивление провода будет низким. Выбор правильного материала зависит от знания его свойств, одним из которых является его удельное сопротивление.

Например, медь является хорошим проводником, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления, ее стоимость не слишком высока, а также она обеспечивает другие физические характеристики, которые полезны во многих электрических и электронных приложениях. Удельное сопротивление меди составляет около 1,7 x 10 ^-8 Ом · м (или 17 нОм), хотя цифры могут незначительно отличаться в зависимости от марки меди

Такие материалы, как медь и даже алюминий, обладают низким удельным сопротивлением, что делает их идеальными для использования в качестве электрических проводов и кабелей, причем медь часто является фаворитом.Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но, поскольку они значительно дороже, они не получили широкого распространения. Тем не менее, серебро иногда используется для обшивки проводов там, где необходимо его низкое удельное сопротивление, а золотое покрытие используется для сопрягаемых поверхностей многих электронных разъемов, чтобы обеспечить наилучшие контакты. Золото также хорошо подходит для электрических разъемов, поскольку оно не тускнеет и не окисляется, как другие металлы.

Другие материалы необходимы в качестве изоляторов, пропускающих как можно меньший ток.Удельное сопротивление изолятора будет на много порядков выше. Одним из примеров является воздух, и у него очень высокий показатель удельного сопротивления, превышающий 1,5 x 10 ¹⁴ , что, как можно видеть, очень, очень сильно превышает удельное сопротивление меди.

Удельное электрическое сопротивление играет важную роль во многих других электронных компонентах. В резисторах, например, удельное сопротивление различных материалов играет ключевую роль в обеспечении правильного сопротивления резисторов.

Удельное сопротивление также играет ключевую роль в других электронных компонентах.Для интегральных схем очень важно удельное сопротивление материалов в микросхеме. Некоторые области должны иметь очень низкое сопротивление и иметь возможность соединять различные области ИС внутри, тогда как другие материалы должны изолировать разные области. Опять же, для этого важно сопротивление.

Удельное сопротивление играет ключевую роль во многих областях электронных компонентов, а также многих электрических деталей.

Удельное электрическое сопротивление — ключевой параметр для материалов, которые будут использоваться в электрических и электронных системах.Эти вещества с высоким электрическим сопротивлением называются изоляторами и могут использоваться для этой цели. Они с низким уровнем удельного электрического сопротивления являются хорошими проводниками и могут использоваться во множестве приложений, от проводов до электрических соединений и многого другого.

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Voltage Текущий Власть Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Основы электричества: сопротивление, индуктивность и емкость

Электронные схемы являются неотъемлемой частью почти всех технологических достижений, достигнутых в нашей жизни сегодня. Сразу приходят на ум телевидение, радио, телефоны и компьютеры, но электроника также используется в автомобилях, кухонной технике, медицинском оборудовании и промышленных системах управления. В основе этих устройств лежат активные компоненты или компоненты схемы, которые электронным образом управляют потоком электронов, например, полупроводники.Однако эти устройства не могли функционировать без гораздо более простых пассивных компонентов, которые предшествовали полупроводникам на многие десятилетия. В отличие от активных компонентов, пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, не могут управлять потоком электронов с помощью электронных сигналов.

Сопротивление

Как следует из названия, резистор — это электронный компонент, который препятствует прохождению электрического тока в цепи.

В металлах, таких как серебро или медь, которые имеют высокую электропроводность и, следовательно, низкое удельное сопротивление, электроны могут свободно переходить от одного атома к другому с небольшим сопротивлением.

Электрическое сопротивление компонента схемы определяется как отношение приложенного напряжения к протекающему через него электрическому току, согласно HyperPhysics, веб-сайту физических ресурсов, размещенному на кафедре физики и астрономии Государственного университета Джорджии. Стандартной единицей измерения сопротивления является ом, названный в честь немецкого физика Георга Симона Ома. Он определяется как сопротивление в цепи с током 1 ампер при 1 вольте. Сопротивление можно рассчитать с помощью закона Ома, который гласит, что сопротивление равно напряжению, разделенному на ток, или R = V / I (чаще записывается как V = IR), где R — сопротивление, V — напряжение, а I — ток.

Резисторы обычно делятся на постоянные и переменные. Резисторы с фиксированным номиналом — это простые пассивные компоненты, которые всегда имеют одинаковое сопротивление в установленных пределах по току и напряжению. Они доступны в широком диапазоне значений сопротивления от менее 1 Ом до нескольких миллионов Ом.

Переменные резисторы — это простые электромеханические устройства, такие как регуляторы громкости и диммеры, которые изменяют эффективную длину или эффективную температуру резистора, когда вы поворачиваете ручку или перемещаете ползунок.

Индуктивность

Индуктор — это электронный компонент, состоящий из катушки с проволокой, через которую проходит электрический ток, создающий магнитное поле. Единицей измерения индуктивности является генри (H), названный в честь Джозефа Генри, американского физика, который открыл индуктивность независимо примерно в то же время, что и английский физик Майкл Фарадей. Один генри — это величина индуктивности, которая требуется для создания 1 вольт электродвижущей силы (электрического давления от источника энергии), когда ток изменяется со скоростью 1 ампер в секунду.

Одним из важных применений индукторов в активных цепях является то, что они имеют тенденцию блокировать высокочастотные сигналы, пропуская низкочастотные колебания. Обратите внимание, что это противоположная функция конденсаторов. Объединение двух компонентов в цепь может выборочно фильтровать или генерировать колебания практически любой желаемой частоты.

С появлением интегральных схем, таких как микрочипы, катушки индуктивности становятся все менее распространенными, потому что трехмерные катушки чрезвычайно сложно изготовить в двумерных печатных схемах.По этой причине, по словам Майкла Дубсона, профессора физики из Университета Колорадо в Боулдере, микросхемы разрабатываются без катушек индуктивности и вместо них используют конденсаторы для достижения практически тех же результатов.

Емкость

Емкость — это способность устройства накапливать электрический заряд, и поэтому электронный компонент, который накапливает электрический заряд, называется конденсатором.Самый ранний пример конденсатора — лейденская банка. Это устройство было изобретено для накопления статического электрического заряда на проводящей фольге, которая выстилала внутреннюю и внешнюю поверхность стеклянной банки.

Простейший конденсатор состоит из двух плоских проводящих пластин, разделенных небольшим зазором. Разность потенциалов или напряжение между пластинами пропорциональна разнице в количестве заряда на пластинах. Это выражается как Q = CV, где Q — заряд, V — напряжение, а C — емкость.

Емкость конденсатора — это количество заряда, которое он может хранить на единицу напряжения. Единицей измерения емкости является фарад (Ф), названный в честь Фарадея, и определяется как способность хранить 1 кулон заряда с приложенным потенциалом 1 вольт. Один кулон (C) — это количество заряда, переносимого током в 1 ампер за 1 секунду.

Для повышения эффективности обкладки конденсатора уложены слоями или намотаны катушками с очень маленьким воздушным зазором между ними. В воздушном зазоре часто используются диэлектрические материалы — изоляционные материалы, которые частично блокируют электрическое поле между пластинами.Это позволяет пластинам накапливать больше заряда без искрения и короткого замыкания.

Конденсаторы часто встречаются в активных электронных схемах, использующих колебательные электрические сигналы, например, в радиоприемниках и звуковом оборудовании. Они могут заряжаться и разряжаться почти мгновенно, что позволяет использовать их для создания или фильтрации определенных частот в цепях. Колебательный сигнал может заряжать одну пластину конденсатора, в то время как другая пластина разряжается, а затем, когда ток меняется на противоположное, он заряжает другую пластину, в то время как первая пластина разряжается.

Как правило, более высокие частоты могут проходить через конденсатор, а более низкие частоты блокируются. Размер конденсатора определяет частоту среза, при которой сигналы блокируются или пропускаются. Комбинированные конденсаторы могут использоваться для фильтрации выбранных частот в заданном диапазоне.

Суперконденсаторы производятся с использованием нанотехнологий для создания сверхтонких слоев материалов, таких как графен, для достижения емкости в 10–100 раз больше, чем у обычных конденсаторов того же размера; но они имеют гораздо более медленное время отклика, чем обычные диэлектрические конденсаторы, поэтому их нельзя использовать в активных цепях.С другой стороны, их иногда можно использовать в качестве источника питания в определенных приложениях, например, в микросхемах памяти компьютера, чтобы предотвратить потерю данных при отключении основного питания.

Конденсаторы также являются важными компонентами устройств отсчета времени, например, разработанных компанией SiTime, базирующейся в Калифорнии. Эти устройства используются в самых разных приложениях, от мобильных телефонов до высокоскоростных поездов и торговли на фондовом рынке. Это крошечное устройство синхронизации, известное как МЭМС (микроэлектромеханические системы), для правильной работы полагается на конденсаторы.