Počinjemo objavljivanje materijala u novom naslovu "" i u današnjem članku ćemo govoriti o temeljnim konceptima, bez kojih se ne može govoriti ni o jednom elektroničkom uređaju ili kolu. Pogodili ste, mislim struja, napon i otpor😉 Osim toga, nećemo zaobići zakon koji određuje odnos ovih veličina, ali neću prednjačiti, idemo postepeno.
Dakle, počnimo s konceptom naprezanja.
Voltaža.
A-prioritet voltaža Je li energija (ili rad) koja se troši na pomicanje jediničnog pozitivnog naboja iz tačke s niskim potencijalom do tačke s visokim potencijalom (tj., prva tačka ima negativniji potencijal od druge). Iz kursa fizike se sjećamo da je potencijal elektrostatičkog polja skalarna veličina jednaka omjeru potencijalne energije naboja u polju i ovog naboja. Pogledajmo mali primjer:
U prostoru djeluje konstantno električno polje čija je jačina E... Uzmite u obzir dvije tačke koje se nalaze na udaljenosti d odvojeno. Dakle, napon između dvije tačke nije ništa drugo do razlika potencijala u ovim tačkama:
U isto vrijeme, ne zaboravite na odnos između jačine elektrostatičkog polja i potencijalne razlike između dvije točke:
I kao rezultat, dobijamo formulu koja povezuje napetost i napetost:
U elektronici, kada se razmatraju različita kola, napon se i dalje smatra razlikom potencijala između tačaka. U skladu s tim, postaje jasno da je napon u kolu koncept povezan s dvije točke u kolu. To jest, da se kaže, na primjer, "napon u otporniku" nije sasvim točno. A ako govore o naponu u nekom trenutku, onda misle na potencijalnu razliku između ove tačke i "zemlja"... Tako smo glatko došli do još jednog najvažnijeg koncepta u proučavanju elektronike, odnosno do koncepta "Zemlja"🙂 Dakle "zemlja" u električnim krugovima najčešće se smatra tačkom nultog potencijala (tj. potencijal ove tačke je 0).
Recimo još nekoliko riječi o jedinicama koje pomažu u karakterizaciji vrijednosti naprezanja... Jedinica mjerenja je volt (V)... Gledajući definiciju koncepta napona, lako možemo razumjeti da se pomjera naboj velike veličine 1 privezak između tačaka koje imaju potencijalnu razliku 1 Volt, potrebno je izvršiti rad jednak 1 Joule... S ovim je sve izgleda jasno i možete dalje 😉
I sljedeći na redu imamo još jedan koncept, naime struja.
Struja, struja u kolu.
Šta je struja?
Razmislimo o tome što će se dogoditi ako nabijene čestice, na primjer, elektroni, padnu pod djelovanjem električnog polja... Razmotrimo provodnik na koji je određena voltaža:
Iz smjera jačine električnog polja ( E) možemo zaključiti da je naslov = "(! LANG: Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;"> (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:!}
Gdje je e naboj elektrona.
A budući da je elektron negativno nabijena čestica, vektor sile će biti usmjeren u smjeru suprotnom od smjera vektora jačine polja. Dakle, pod djelovanjem sile, čestice uz haotično kretanje dobijaju usmjereno (vektor brzine V na slici). Kao rezultat toga, postoji struja 🙂
Struja je uređeno kretanje nabijenih čestica pod utjecajem električnog polja.
Važna nijansa je da je opšte prihvaćeno da struja teče od tačke sa pozitivnijim potencijalom do tačke sa negativnijim potencijalom, uprkos činjenici da se elektron kreće u suprotnom smeru.
Nosioci naboja nisu ograničeni na elektrone. Na primjer, u elektrolitima i joniziranim plinovima, protok struje je prvenstveno povezan s kretanjem jona, koji su pozitivno nabijene čestice. Prema tome, smjer vektora sile koji djeluje na njih (i u isto vrijeme vektor brzine) će se poklopiti sa smjerom vektora E... I u ovom slučaju neće biti kontradikcije, jer će struja teći tačno u smjeru u kojem se čestice kreću 🙂
Da bi procijenili struju u kolu, došli su do takve vrijednosti kao što je jačina struje. dakle, amperaža (I) Je veličina koja karakteriše brzinu kretanja električnog naboja u tački. Jedinica za mjerenje jačine struje je Amper... Struja u provodniku je 1 Amper ako za 1 sekunda naelektrisanje prolazi kroz poprečni presek provodnika 1 privezak.
Već smo pokrili koncepte struja i napon, sada da vidimo kako su ove količine povezane. A za ovo moramo proučiti šta je to otpor provodnika.
Otpor provodnika / kola.
Pojam " otpor”Već govori za sebe 😉
dakle, otpor Je li fizička veličina koja karakterizira svojstva provodnika da spriječi ( otpor) prolaz električne struje.
Zamislite bakreni provodnik dužine l sa površinom poprečnog presjeka jednakom S:
Otpor provodnika zavisi od nekoliko faktora:
Otpornost je tabelarna vrijednost.
Formula po kojoj možete izračunati otpor vodiča je sljedeća:
Za naš slučaj, to će biti jednako 0,0175 (Ohm * sq. mm / m)- otpornost bakra. Neka je dužina provodnika 0,5 m, a površina poprečnog presjeka je 0,2 sq. mm... onda:
Kao što ste već shvatili iz primjera, jedinica mjere otpor je Ohm 😉
WITH otpor provodnika sve je jasno, vreme je da se prouci odnos napon, struja i otpor kola.
I tu nam u pomoć dolazi osnovni zakon sve elektronike - Ohmov zakon:
Jačina struje u krugu je direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu dijela kruga koji se razmatra.
Razmotrimo najjednostavniji električni krug:
Kao što slijedi iz Ohmovog zakona, napon i struja u kolu su povezani na sljedeći način:
Neka napon bude 10 V, a otpor kola 200 oma. Tada se struja u kolu izračunava na sljedeći način:
Kao što vidite, sve je jednostavno 🙂
Možda je ovo mjesto gdje ćemo završiti današnji članak, hvala na pažnji i vidimo se uskoro! 🙂
Sastavljanjem električnog kola koje se sastoji od izvora struje, otpornika, ampermetra, voltmetra, ključa, može se pokazati da amperaža (I ) protok kroz otpornik je direktno proporcionalan naponu ( U ) na svojim krajevima: I - U ... Odnos napona i struje U / I - postoji vrednost konstantan.
Dakle, postoji fizička veličina koja karakterizira svojstva vodiča (otpornika) kroz koji teče električna struja. Ova vrijednost se zove električni otpor provodnik, ili samo otpor. Otpor je označen slovom R .
(R) je fizička veličina jednaka omjeru napona ( U ) na krajevima provodnika do jačine struje ( I ) u njemu. R = U / I ... Jedinica otpora - Ohm (1 ohm).
Jedan ohm- otpor takvog vodiča u kojem je jačina struje 1A pri naponu na njegovim krajevima od 1V: 1 Ohm = 1 V / 1 A.
Razlog zašto vodič ima otpor je usmjereno kretanje električnih naboja u njemu rešetkasti joni interferiraju krećući se neredovito. Shodno tome, smanjuje se brzina usmjerenog kretanja naboja.
Specifični električni otpor
R ) je direktno proporcionalna dužini provodnika ( l ), obrnuto proporcionalno njegovoj površini poprečnog presjeka ( S ) i zavisi od materijala provodnika. Ova zavisnost se izražava formulom: R = p * l / SR je veličina koja karakteriše materijal od kojeg je provodnik napravljen. To se zove otpornost provodnika, njegova vrijednost je jednaka otporu dužine vodiča 1m i površina poprečnog presjeka 1 m 2.
Jedinica otpornosti provodnika je: [p] = 1 0m 1 m 2/1 m... Površina poprečnog presjeka se često mjeri u mm 2, stoga su u referentnim knjigama vrijednosti otpornosti vodiča date kao u Ohm m tako u Ohm mm 2 / m.
Promjenom dužine vodiča, a time i njegovog otpora, možete podesiti struju u krugu. Uređaj sa kojim se to može učiniti se zove reostat.
Koncept električnog otpora i vodljivosti
Svako tijelo kroz koje teče električna struja ima određeni otpor prema njemu. Svojstvo materijala provodnika da spriječi prolazak električne struje kroz njega naziva se električni otpor.
Elektronska teorija na ovaj način objašnjava suštinu električnog otpora metalnih provodnika. Slobodni elektroni, kada se kreću duž provodnika, susreću atome i druge elektrone na svom putu bezbroj puta i, u interakciji s njima, neizbježno gube dio svoje energije. Elektroni doživljavaju, takoreći, otpor svom kretanju. Različiti metalni provodnici s različitim atomskim strukturama imaju različitu otpornost na električnu struju.
Potpuno isto objašnjava otpor tekućih vodiča i plinova na prolazak električne struje. Međutim, ne treba zaboraviti da u ovim supstancama ne nailaze elektroni, već nabijene čestice molekula tokom svog kretanja.
Otpor je označen latiničnim slovima R ili r.
Ohm se uzima kao jedinica električnog otpora.
Ohm je otpor stuba žive visine 106,3 cm sa poprečnim presjekom od 1 mm2 na temperaturi od 0 °C.
Ako je, na primjer, električni otpor vodiča 4 oma, onda se piše ovako: R = 4 oma ili r = 4 oma.
Za mjerenje otpora velike vrijednosti, usvojena je jedinica koja se zove megohm.
Jedan megohm je jednak milion oma.
Što je veći otpor vodiča, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je otpor vodiča manji, to je struja lakše proći kroz ovaj vodič.
Prema tome, za karakteristike vodiča (sa gledišta prolaska električne struje kroz njega) može se uzeti u obzir ne samo njegov otpor, već i vrijednost inverzna otporu i nazvana vodljivost.
Električna provodljivost naziva se sposobnost materijala da propušta električnu struju kroz sebe.
Pošto je provodljivost recipročna otpora, izražava se kao 1/R, provodljivost se označava latiničnim slovom g.
Utjecaj materijala provodnika, njegovih dimenzija i temperature okoline na vrijednost električnog otpora
Otpor različitih vodiča ovisi o materijalu od kojeg su izrađeni. Za karakterizaciju električnog otpora različitih materijala uvodi se koncept tzv. otpornosti.
Otpornost naziva se otpor vodiča dužine 1 m i površine poprečnog presjeka od 1 mm2. Otpornost je označena grčkim slovom p. Svaki materijal od kojeg je napravljen vodič ima svoj specifični otpor.
Na primjer, otpornost bakra je 0,017, odnosno bakarni provodnik dužine 1 m i poprečnog presjeka od 1 mm2 ima otpor od 0,017 oma. Otpornost aluminijuma je 0,03, otpornost gvožđa je 0,12, otpornost konstantana je 0,48, a otpornost nihroma je 1-1,1.
Otpor provodnika je direktno proporcionalan njegovoj dužini, odnosno, što je provodnik duži, veći je njegov električni otpor.
Otpor vodiča obrnuto je proporcionalan površini njegovog poprečnog presjeka, odnosno, što je provodnik deblji, to je njegov otpor manji, i obrnuto, što je provodnik tanji, to je njegov otpor veći.
Da biste bolje razumjeli ovaj odnos, zamislite dva para komunikacijskih sudova, pri čemu jedan par posuda ima tanku spojnu cijev, a drugi debelu. Jasno je da kada se jedna od posuda (svaki par) napuni vodom, njen prijenos u drugu posudu kroz debelu cijev će se dogoditi mnogo brže nego kroz tanku, tj. debela cijev će imati manji otpor protoku vode. Na isti način, električna struja lakše prolazi kroz debeli provodnik nego kroz tanak, odnosno prvi ima manji otpor od drugog.
Električni otpor vodiča jednak je specifičnom otporu materijala od kojeg je ovaj vodič napravljen, pomnoženom s dužinom vodiča i podijeljenom s površinom poprečnog presjeka vodiča.:
R = p l / S,
Gdje - R - otpor provodnika, ohm, l - dužina provodnika u m, S - površina poprečnog presjeka provodnika, mm 2.
Površina poprečnog presjeka okruglog provodnika izračunato po formuli:
S = π d 2/4
Gdje π - konstantna vrijednost jednaka 3,14; d - prečnik provodnika.
A ovako se određuje dužina provodnika:
l = S R / p,
Ova formula omogućava određivanje dužine vodiča, njegovog poprečnog presjeka i otpornosti, ako su poznate preostale količine uključene u formulu.
Ako je potrebno odrediti površinu poprečnog presjeka vodiča, formula se svodi na sljedeći oblik:
S = p l / R
Transformirajući istu formulu i rješavajući jednakost s obzirom na p, nalazimo otpor provodnika:
R = R S / l
Posljednja formula se mora koristiti u slučajevima kada su otpor i dimenzije vodiča poznati, ali je njegov materijal nepoznat i, štoviše, teško ga je odrediti po izgledu. Da biste to učinili, morate odrediti otpor vodiča i pomoću tablice pronaći materijal s takvom otpornošću.
Drugi faktor koji utiče na otpor provodnika je temperatura.
Utvrđeno je da s povećanjem temperature otpor metalnih provodnika raste, a opada sa smanjenjem. Ovo povećanje ili smanjenje otpora je gotovo isto za provodnike od čistog metala, u prosjeku 0,4% po °C. Otpor tekućih provodnika i uglja opada s povećanjem temperature.
Elektronska teorija strukture materije daje sljedeće objašnjenje za povećanje otpora metalnih provodnika s povećanjem temperature. Kada se zagrije, provodnik prima toplinsku energiju, koja se neizbježno prenosi na sve atome tvari, zbog čega se povećava intenzitet njihovog kretanja. Povećano kretanje atoma stvara veći otpor usmjerenom kretanju slobodnih elektrona, zbog čega raste otpor provodnika. Sa smanjenjem temperature stvaraju se bolji uslovi za usmjereno kretanje elektrona, a otpor provodnika se smanjuje. Ovo objašnjava zanimljiv fenomen - superprovodljivost metala.
Superprovodljivost, odnosno smanjenje otpora metala na nulu, događa se pri ogromnoj negativnoj temperaturi - 273 ° C, koja se naziva apsolutna nula. Na temperaturi od apsolutne nule, čini se da se atomi metala smrzavaju na mjestu, potpuno bez ometanja kretanja elektrona.
sadržaj:Pojava električne struje nastaje kada je krug zatvoren, kada na stezaljkama nastane razlika potencijala. Kretanje slobodnih elektrona u vodiču odvija se pod djelovanjem električnog polja. U procesu kretanja elektroni se sudaraju s atomima i djelimično im prenose akumuliranu energiju. To dovodi do smanjenja brzine njihovog kretanja. Kasnije, pod uticajem električnog polja, brzina elektrona ponovo raste. Rezultat ovog otpora je zagrijavanje vodiča kroz koji struja teče. Postoje različite metode za izračunavanje ove vrijednosti, uključujući formulu otpornosti koja se koristi za materijale sa pojedinačnim fizičkim svojstvima.
Električna otpornost
Suština električnog otpora leži u sposobnosti tvari da pretvara električnu energiju u toplinsku energiju tijekom djelovanja struje. Ova vrijednost je označena simbolom R, a om se koristi kao jedinica mjere. Vrijednost otpora u svakom slučaju povezana je sa sposobnošću jednog ili drugog.
U toku istraživanja utvrđena je ovisnost o otpornosti. Jedan od glavnih kvaliteta materijala je njegova otpornost, koja varira u zavisnosti od dužine provodnika. To jest, s povećanjem dužine žice, povećava se i vrijednost otpora. Ovaj odnos je definisan kao direktno proporcionalan.
Još jedno svojstvo materijala je njegova površina poprečnog presjeka. Predstavlja dimenzije poprečnog presjeka provodnika, bez obzira na njegovu konfiguraciju. U ovom slučaju dobiva se obrnuto proporcionalna veza, kada se smanjuje s povećanjem površine poprečnog presjeka.
Drugi faktor koji utiče na otpornost je sam materijal. Tokom istraživanja utvrđena je različita otpornost različitih materijala. Tako su dobivene vrijednosti električne otpornosti za svaku tvar.
Ispostavilo se da su najbolji provodnici metali. Među njima, srebro također ima najmanji otpor i visoku provodljivost. Koriste se na najkritičnijim mjestima u elektronskim kolima, osim toga, bakar ima relativno nisku cijenu.
Tvari sa vrlo velikom otpornošću smatraju se lošim električnim provodnicima. Stoga se koriste kao izolacijski materijali. Dielektrična svojstva najviše su svojstvena porculanu i ebonitu.
Stoga je otpornost vodiča od velike važnosti, jer se pomoću nje može odrediti materijal od kojeg je vodič napravljen. Za to se mjeri površina poprečnog presjeka, određuju se struja i napon. To vam omogućava da postavite vrijednost specifičnog električnog otpora, nakon čega pomoću posebne tablice možete lako odrediti tvar. Shodno tome, otpornost je jedna od najkarakterističnijih karakteristika određenog materijala. Ovaj indikator vam omogućava da odredite najoptimalniju dužinu električnog kruga tako da se održava ravnoteža.
Formula
Na osnovu dobijenih podataka možemo zaključiti da će se otpornost smatrati otporom bilo kojeg materijala sa jediničnom površinom i jediničnom dužinom. To jest, otpor od 1 oma javlja se pri naponu od 1 volta i struji od 1 ampera. Na ovaj pokazatelj utiče stepen čistoće materijala. Na primjer, ako bakru dodate samo 1% mangana, tada će se njegova otpornost povećati 3 puta.
Otpornost i vodljivost materijala
Vodljivost i otpornost se obično razmatraju na temperaturi od 20 °C. Ova svojstva će se razlikovati za različite metale:
- Bakar... Najčešće se koristi za proizvodnju žica i kablova. Ima visoku čvrstoću, otpornost na koroziju, laku i jednostavnu obradu. U dobrom bakru, udio nečistoća nije veći od 0,1%. Ako je potrebno, bakar se može koristiti u legurama sa drugim metalima.
- Aluminijum... Njegova specifična težina je manja od bakra, ali ima veći toplinski kapacitet i tačku. Za topljenje aluminijuma potrebno je znatno više energije nego bakra. Nečistoće u visokokvalitetnom aluminijumu ne prelaze 0,5%.
- Iron... Uz dostupnost i nisku cijenu, ovaj materijal ima visoku otpornost. Osim toga, ima nisku otpornost na koroziju. Stoga je praksa premazivanja čeličnih vodiča bakrom ili cinkom.
Formula otpornosti na niskim temperaturama razmatra se posebno. U tim slučajevima, svojstva istih materijala bit će potpuno različita. Za neke od njih otpor može pasti na nulu. Ova pojava se naziva supravodljivost, u kojoj optičke i strukturne karakteristike materijala ostaju nepromijenjene.
Instrukcije
Odrediti silu otpora kretanju, koja djeluje na jednoliko pravolinijsko tijelo. Da biste to učinili, pomoću dinamometra ili na drugi način izmjerite silu koja se mora primijeniti na tijelo tako da se kreće ravnomjerno i pravolinijski. Prema trećem Newtonovom zakonu, ona će biti numerički jednaka sili otpora kretanja tijela.
Odrediti silu otpora kretanju tijela koje se kreće duž vodoravne površine. U ovom slučaju, sila trenja je direktno proporcionalna sili reakcije oslonca, koja je zauzvrat jednaka gravitaciji koja djeluje na tijelo. Dakle, sila otpora kretanju u ovom slučaju ili sila trenja Ffr jednaka je umnošku mase tijela m, koja se mjeri težinama u kilogramima, ubrzanjem gravitacije g≈9,8 m/s² i koeficijentom proporcionalnosti μ, Ffr = μ ∙ m ∙ g. Broj μ se naziva koeficijent trenja i zavisi od površina koje dolaze u kontakt tokom kretanja. Na primjer, za trenje čelika o drvo, ovaj koeficijent je 0,5.
Izračunajte silu otpora kretanju tijela koje se kreće. Osim koeficijenta trenja μ, tjelesne mase m i gravitacijskog ubrzanja g, ovisi o kutu nagiba ravnine prema horizontu α. Za pronalaženje sile otpora kretanju u ovom slučaju potrebno je pronaći produkte koeficijenta trenja, mase tijela, ubrzanja gravitacije i kosinusa ugla pod kojim se ravnina prema horizontu nalazi Ffr = μ ∙ m ∙ g ∙ sos (α).
Kada se tijelo kreće u zraku malim brzinama, sila otpora kretanju Fs je direktno proporcionalna brzini tijela v, Fc = α ∙ v. Koeficijent α ovisi o svojstvima tijela i viskoznosti medija i izračunava se posebno. Kada se vozi velikom brzinom, na primjer, kada tijelo padne sa značajne visine ili kada se automobil kreće, sila otpora je direktno proporcionalna kvadratu brzine Fc = β ∙ v². β faktor se dodatno izračunava za velike brzine.
Izvori:
- 1 Opšta formula za silu otpora vazduha Na slici
Za utvrđivanje snagu otpor zrak stvoriti uslove pod kojima će se tijelo početi kretati ravnomjerno i pravolinijski pod utjecajem gravitacije. Izračunajte vrijednost sile gravitacije, ona će biti jednaka sili otpora zraka. Ako se tijelo kreće u zraku, dobijajući brzinu, sila njegovog otpora nalazi se pomoću Newtonovih zakona, a sila otpora zraka može se naći i iz zakona održanja mehaničke energije i posebnih aerodinamičkih formula.
Trebaće ti
- daljinomjer, vaga, brzinomjer ili radar, ravnalo, štoperica.
Instrukcije
Prije mjerenja otpor korišćeni otpornik, obavezno ga lemite iz stare ploče ili bloka. U suprotnom, drugi dijelovi strujnog kruga ga mogu isključiti, a vi ćete dobiti pogrešna očitavanja. otpor.
Povezani video zapisi
Da biste pronašli električni otpor vodiča, koristite odgovarajuće formule. Otpor dijela kola nalazi se prema Ohmovom zakonu. Ako su poznate materijalne i geometrijske dimenzije vodiča, njegov otpor se može izračunati pomoću posebne formule.
Trebaće ti
- - tester;
- - nonius čeljust;
- - vladar.
Instrukcije
Zapamtite šta znači otpornik. U ovom slučaju, otpornik treba shvatiti kao bilo koji provodnik ili element električnog kola koji ima aktivni otpor. Sada je važno postaviti pitanje kako promjena vrijednosti otpora djeluje na vrijednost jačine struje i od čega zavisi. Suština fenomena otpora je da otpornici čine neku vrstu barijere za prolaz električnih naboja. Što je veći otpor tvari, to su atomi gušće smješteni u rešetki otporne tvari. Ovaj obrazac objašnjava Ohmov zakon za dio lanca. Kao što znate, Ohmov zakon za dio kruga zvuči ovako: struja u dijelu kruga je direktno proporcionalna naponu u dijelu i obrnuto proporcionalna otporu samog dijela kruga.
Nacrtajte na komad papira grafik zavisnosti jačine struje od napona na otporniku, kao i od njegovog otpora, na osnovu Ohmovog zakona. Dobićete graf hiperbole u prvom slučaju i grafik prave linije u drugom slučaju. Dakle, što je veći napon na otporniku i manji otpor, to će biti veća struja. Štaviše, ovisnost o otporu je ovdje svjetlija, jer ima oblik hiperbole.
Imajte na umu da se otpor otpornika također mijenja kako se mijenja njegova temperatura. Ako zagrijete otporni element i promatrate promjenu jačine struje, možete vidjeti kako struja opada s povećanjem temperature. Ovaj obrazac se objašnjava činjenicom da se s povećanjem temperature povećavaju vibracije atoma u čvorovima kristalne rešetke otpornika, čime se smanjuje slobodan prostor za prolaz nabijenih čestica. Drugi razlog koji smanjuje jačinu struje u ovom slučaju je činjenica da se povećanjem temperature tvari povećava haotično kretanje čestica, uključujući i nabijene. Dakle, kretanje slobodnih čestica u otporniku postaje više haotično nego usmjereno, što utiče na smanjenje jačine struje.
Povezani video zapisi
