Počinjemo objavljivanje materijala za novi naslov “” i u današnjem članku ćemo govoriti o temeljnim konceptima, bez kojih nema rasprave o bilo kojem elektroničkom uređaju ili krugu. Kao što ste možda pretpostavili, mislim struja, napon i otpor😉 Osim toga, nećemo zaobići zakon koji određuje odnos ovih veličina, ali neću prednjačiti, idemo postupno.
Pa krenimo s konceptom napon.
Napon.
Po definiciji napon- to je energija (ili rad) koja se troši na pomicanje jednog pozitivnog naboja iz točke s niskim potencijalom u točku s visokim potencijalom (tj. prva točka ima negativniji potencijal u odnosu na drugu). Iz kolegija fizike sjećamo se da je potencijal elektrostatičkog polja skalarna veličina jednaka omjeru potencijalne energije naboja u polju i tog naboja. Pogledajmo mali primjer:
U prostoru djeluje konstantno električno polje čiji je intenzitet jednak E. Razmotrite dvije točke koje se nalaze na udaljenosti d jedno od drugog. Dakle, napon između dvije točke nije ništa drugo do razlika potencijala u ovim točkama:
Istodobno, ne zaboravite na odnos između jakosti elektrostatičkog polja i potencijalne razlike između dvije točke:
I kao rezultat, dobivamo formulu koja povezuje stres i napetost:
U elektronici, kada se razmatraju različiti krugovi, napon se još uvijek smatra razlikom potencijala između točaka. Sukladno tome, postaje jasno da je napon u krugu koncept povezan s dvije točke u krugu. To jest, da kažemo, na primjer, "napon u otporniku" nije sasvim točno. A ako govore o naponu u nekom trenutku, onda misle na potencijalnu razliku između ove točke i "Zemlja". Tako smo glatko došli do još jednog važnog pojma u proučavanju elektronike, a to je koncept "Zemlja"🙂 Dakle "Zemlja" u električnim krugovima najčešće je uobičajeno uzeti u obzir točku nultog potencijala (odnosno potencijal ove točke je 0).
Recimo još nekoliko riječi o jedinicama koje pomažu karakterizirati količinu napon. Mjerna jedinica je volt (V). Gledajući definiciju napona, lako možemo razumjeti da se pomiče naboj veličine 1 privjesak između točaka koje imaju potencijalnu razliku 1 volt, potrebno je obaviti rad jednak 1 Joule. Čini se da je s ovim sve jasno i možete dalje 😉
I sljedeći na redu imamo još jedan koncept, naime Trenutno.
Struja, struja u krugu.
Što je struja?
Razmislimo što će se dogoditi ako nabijene čestice, na primjer, elektroni, padnu pod utjecaj električnog polja... Razmotrimo vodič na koji je određena napon:
Iz smjera jakosti električnog polja ( E) možemo zaključiti da title="(!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 jakosti polja. Dakle, pod djelovanjem sile čestice uz kaotično gibanje dobivaju usmjereno gibanje (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 općenito prihvaćeno da struja teče od točke s pozitivnijim potencijalom do točke s negativnijim potencijalom, unatoč činjenici da se elektron kreće u suprotnom smjeru.
Nosioci naboja mogu biti ne samo elektroni. Na primjer, u elektrolitima i ioniziranim plinovima, protok struje je prvenstveno povezan s kretanjem iona, koji su pozitivno nabijene čestice. Prema tome, smjer vektora sile koji djeluje na njih (i u isto vrijeme vektor brzine) će se podudarati sa smjerom vektora E. I u ovom slučaju neće biti kontradikcije, jer će struja teći točno u smjeru u kojem se čestice kreću 🙂
Kako bi procijenili struju u krugu, došli su do takve vrijednosti kao što je jačina struje. Tako, jačina struje (ja) je vrijednost koja karakterizira brzinu kretanja električnog naboja u točki. Jedinica jačine struje je Amper. Jačina struje u vodiču je 1 amper ako za 1 sekundu naboj prolazi poprečnim presjekom vodiča 1 privjesak.
Već smo razmotrili koncepte struja i napon, sada da vidimo kako su te količine povezane. A za ovo moramo proučiti što je to otpor vodiča.
Otpor vodiča/kruga.
Uvjet " otpornost” već govori za sebe 😉
Tako, otpornost- fizikalna veličina koja karakterizira svojstva vodiča da spriječi ( odoljeti) prolaz električne struje.
Razmotrimo bakreni vodič s duljinom l s površinom presjeka jednakom S:
Otpor vodiča ovisi o nekoliko čimbenika:
Otpor je tablična vrijednost.
Formula po kojoj možete izračunati otpor vodiča je sljedeća:
Za naš slučaj, bit će 0,0175 (ohm * sq. mm / m) je otpornost bakra. Neka je duljina vodiča 0,5 m, a površina presjeka je 0,2 četvornih metara mm. Zatim:
Kao što ste već razumjeli iz primjera, jedinica mjere otpornost je Ohm 😉
IZ otpor vodiča sve je jasno, vrijeme je za proučavanje odnosa napon, struja i otpor kruga.
I tu nam u pomoć dolazi temeljni zakon sve elektronike - Ohmov zakon:
Jačina struje u krugu izravno je 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 krugu su povezani na sljedeći način:
Neka napon bude 10 V, a otpor kruga 200 ohma. Tada se jačina struje u krugu izračunava na sljedeći način:
Kao što vidite, sve je lako 🙂
Možda ćemo ovdje završiti današnji članak, hvala na pažnji i vidimo se uskoro! 🙂
Sastavljanjem električnog kruga koji se sastoji od izvora struje, otpornika, ampermetra, voltmetra, ključa, može se pokazati da jačina struje (ja ) koji teče kroz otpornik izravno je proporcionalan naponu ( U ) na svojim krajevima: Ja - U . Odnos napona i struje U/I - postoji vrijednost konstantno.
Stoga postoji fizikalna veličina koja karakterizira svojstva vodiča (otpornika) kroz koji teče električna struja. Ova vrijednost se zove električni otpor vodič, ili jednostavno otpor. Otpor se označava slovom R .
(R) je fizička veličina jednaka omjeru napona ( U ) na krajevima vodiča do jačine struje ( ja ) u njemu. R = U/I . Jedinica otpora - Ohm (1 ohm).
jedan ohm- otpor takvog vodiča, u kojem je jakost 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 ioni kristalne rešetke izvođenje nasumičnog kretanja. Sukladno tome, brzina usmjerenog kretanja naboja opada.
Specifični električni otpor
R ) izravno je proporcionalna duljini vodiča ( l ), obrnuto proporcionalno njegovoj površini poprečnog presjeka ( S ) i ovisi o materijalu vodiča. Ova ovisnost se izražava formulom: R = p*l/SR je vrijednost koja karakterizira materijal od kojeg je vodič izrađen. To se zove otpornost vodiča, njegova je vrijednost jednaka otporu vodiča s duljinom 1m i površina presjeka 1 m 2.
Jedinica otpornosti vodiča je: [p] \u003d 1 0m 1 m 2 / 1 m. Površina poprečnog presjeka se često mjeri u mm 2, stoga su u priručniku vrijednosti otpornosti vodiča navedene kao u Ohm m tako u Ohm mm 2 / m.
Promjenom duljine vodiča, a time i njegovog otpora, moguće je kontrolirati jačinu struje u strujnom krugu. Uređaj s kojim se to može učiniti zove se reostat.
Pojam električnog otpora i vodljivosti
Svako tijelo kroz koje teče električna struja ima određeni otpor. Svojstvo materijala vodiča da spriječi prolaz električne struje kroz njega naziva se električni otpor.
Elektronička teorija na ovaj način objašnjava bit električnog otpora metalnih vodiča. Kada se kreću duž vodiča, slobodni elektroni nebrojeno puta susreću atome i druge elektrone na svom putu i, u interakciji s njima, neizbježno gube dio svoje energije. Elektroni doživljavaju, takoreći, otpor svom kretanju. Različiti metalni vodiči koji imaju različitu atomsku strukturu imaju različitu otpornost na električnu struju.
Točno isto objašnjava otpor tekućih vodiča i plinova na prolaz električne struje. Međutim, ne treba zaboraviti da se u tim tvarima ne susreću elektroni, već nabijene čestice molekula tijekom svog kretanja.
Otpor je označen latiničnim slovima R ili r.
Kao jedinica električnog otpora uzima se ohm.
Ohm je otpor živinog stupa visine 106,3 cm s poprečnim presjekom od 1 mm2 pri temperaturi od 0 °C.
Ako je, na primjer, električni otpor vodiča 4 oma, tada se piše na sljedeći način: R = 4 oma ili r = 4 oma.
Za mjerenje otpora velike vrijednosti usvaja se jedinica koja se zove megohm.
Jedan meg jednak je milijun oma.
Što je veći otpor vodiča, lošije provodi električnu struju, i, obrnuto, što je otpor vodiča manji, to je struja lakše prolaziti kroz ovaj vodič.
Stoga se za karakterizaciju vodiča (u smislu prolaska električne struje kroz njega) može uzeti u obzir ne samo njegov otpor, već i recipročan otpor i naziva se vodljivost.
električna provodljivost Sposobnost materijala da propušta električnu struju kroz sebe naziva se.
Budući da je vodljivost recipročna otpora, izražava se kao 1/R, vodljivost se označava latiničnim slovom g.
Utjecaj materijala vodiča, 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 uveden je koncept tzv.
Otpornost je otpor vodiča duljine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 mm2. Otpornost se označava grčkim slovom p. Svaki materijal od kojeg je izrađen vodič ima svoju otpornost.
Na primjer, otpornost bakra je 0,017, odnosno bakreni vodič duljine 1 m i presjeka 1 mm2 ima otpor od 0,017 oma. Otpornost aluminija je 0,03, otpornost željeza je 0,12, otpornost konstantana je 0,48, otpornost nikroma je 1-1,1.
Otpor vodiča izravno je proporcionalan njegovoj duljini, odnosno, što je vodič duži, to je veći njegov električni otpor.
Otpor vodiča obrnuto je proporcionalan površini njegovog poprečnog presjeka, odnosno što je vodič deblji, to mu je otpor manji, i obrnuto, što je vodič tanji, to mu je otpor veći.
Da biste bolje razumjeli ovaj odnos, zamislite dva para komunikacijskih žila, pri čemu jedan par žila ima tanku spojnu cijev, a drugi debelu. Jasno je da kada se jedna od posuda (svaki par) napuni vodom, njen prijelaz u drugu posudu kroz debelu cijev će se dogoditi mnogo brže nego kroz tanku, tj. debela će cijev pružiti manji otpor protoku voda. Jednako tako, električna struja lakše prolazi kroz debeli vodič nego kroz tanak, odnosno prvi mu pruža manji otpor od drugog.
Električni otpor vodiča jednak je specifičnom otporu materijala od kojeg je ovaj vodič napravljen, pomnoženom s duljinom vodiča i podijeljenom s površinom površine poprečnog presjeka vodiča:
R = R l / S,
Gdje - R - otpor vodiča, ohm, l - duljina vodiča u m, S - površina poprečnog presjeka vodiča, mm 2.
Površina poprečnog presjeka okruglog vodiča izračunato po formuli:
S = π d 2 / 4
Gdje je π - konstantna vrijednost jednaka 3,14; d je promjer vodiča.
I tako je određena duljina vodiča:
l = S R / p ,
Ova formula omogućuje određivanje duljine vodiča, njegovog presjeka i otpornosti, ako su poznate druge veličine uključene u formulu.
Ako je potrebno odrediti površinu poprečnog presjeka vodiča, formula se svodi na sljedeći oblik:
S = R l / R
Transformirajući istu formulu i rješavajući jednakost s obzirom na p, nalazimo otpor vodiča:
R = R S / l
Posljednju formulu potrebno je koristiti u slučajevima kada su otpor i dimenzije vodiča poznati, a njegov materijal nepoznat i, štoviše, teško ga je odrediti izgledom. Da biste to učinili, potrebno je odrediti otpor vodiča i pomoću tablice pronaći materijal koji ima takvu otpornost.
Drugi razlog koji utječe na otpor vodiča je temperatura.
Utvrđeno je da s porastom temperature otpor metalnih vodiča raste, a opada s padom. Ovo povećanje ili smanjenje otpora za čiste metalne vodiče je gotovo isto i u prosjeku iznosi 0,4% po 1°C. Otpor tekućih vodiča i ugljena opada s porastom temperature.
Elektronička teorija strukture tvari daje sljedeće objašnjenje za povećanje otpora metalnih vodiča s povećanjem temperature. Kada se zagrije, vodič 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 vodiča. Smanjenjem temperature stvaraju se bolji uvjeti za usmjereno kretanje elektrona, a otpor vodiča se smanjuje. Ovo objašnjava zanimljiv fenomen - supravodljivost metala.
Supervodljivost, tj. 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, a da uopće ne ometaju kretanje elektrona.
Sadržaj:Do pojave električne struje dolazi kada je krug zatvoren, kada se na stezaljkama pojavi razlika potencijala. Kretanje slobodnih elektrona u vodiču odvija se pod djelovanjem električnog polja. U procesu kretanja elektroni se sudaraju s atomima i djelomično im prenose akumuliranu energiju. To dovodi do smanjenja njihove brzine kretanja. Kasnije, pod utjecajem električnog polja, brzina elektrona ponovno raste. Rezultat takvog otpora je zagrijavanje vodiča kroz koji teče struja. Postoje različiti načini za izračunavanje ove vrijednosti, uključujući formulu otpornosti, koja se koristi za materijale s pojedinačnim fizikalnim svojstvima.
Električna otpornost
Bit električnog otpora leži u sposobnosti tvari da tijekom djelovanja struje pretvara električnu energiju u toplinsku. Ova vrijednost je označena simbolom R, a Ohm se koristi kao mjerna jedinica. Vrijednost otpora u svakom slučaju povezana je sa sposobnošću jednog ili drugog.
U procesu istraživanja utvrđena je ovisnost o otpornosti. Jedna od glavnih kvaliteta materijala je njegova otpornost, koja varira ovisno o duljini vodiča. To jest, s povećanjem duljine žice, povećava se i vrijednost otpora. Ova se ovisnost definira kao izravno proporcionalna.
Još jedno svojstvo materijala je njegova površina poprečnog presjeka. Predstavlja dimenzije poprečnog presjeka vodiča, bez obzira na njegovu konfiguraciju. U ovom slučaju dobiva se obrnuto proporcionalni odnos, kada se smanjuje s povećanjem površine poprečnog presjeka.
Drugi čimbenik koji utječe na otpornost je sam materijal. Tijekom istraživanja utvrđena je različita otpornost različitih materijala. Tako su dobivene vrijednosti specifičnih električnih otpora za svaku tvar.
Pokazalo se da su najbolji vodiči metali. Među njima, srebro ima najmanji otpor i visoku vodljivost. Koriste se na najkritičnijim mjestima elektroničkih sklopova, osim toga, bakar ima relativno nisku cijenu.
Tvari s vrlo visokim otporom smatraju se lošim vodičima električne struje. Stoga se koriste kao izolacijski materijali. Dielektrična svojstva najkarakterističnija su za porculan i ebonit.
Stoga je otpornost vodiča od velike važnosti, jer se pomoću njega može odrediti materijal od kojeg je vodič izrađen. Da biste to učinili, mjeri se površina poprečnog presjeka, određuju se jačina struje i napon. To vam omogućuje da postavite vrijednost električnog otpora, nakon čega pomoću posebne tablice možete jednostavno odrediti tvar. Stoga je otpornost jedna od najkarakterističnijih osobina materijala. Ovaj indikator vam omogućuje da odredite najoptimalnije duljine električnog kruga tako da se održava ravnoteža.
Formula
Na temelju dobivenih podataka može se zaključiti da će se otpornost smatrati otporom bilo kojeg materijala s jediničnom površinom i jediničnom duljinom. To jest, otpor jednak 1 ohma javlja se pri naponu od 1 volta i struji od 1 ampera. Na ovaj pokazatelj utječe stupanj čistoće materijala. Na primjer, ako se bakru doda samo 1% mangana, tada će se njegov otpor povećati za 3 puta.
Otpornost i vodljivost materijala
Vodljivost i otpornost smatraju se u pravilu pri temperaturi od 20 0 C. Ova svojstva će se razlikovati za različite metale:
- Bakar. Najčešće se koristi za proizvodnju žica i kabela. 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 s drugim metalima.
- Aluminij. Njegova specifična težina je manja od bakra, ali ima veći toplinski kapacitet i točku taljenja. Za taljenje aluminija potrebno je mnogo više energije nego bakra. Nečistoće u visokokvalitetnom aluminiju ne prelaze 0,5%.
- Željezo. Uz dostupnost i nisku cijenu, ovaj materijal ima visoku otpornost. Osim toga, ima nisku otpornost na koroziju. Stoga se prakticira oblaganje čeličnih vodiča bakrom ili cinkom.
Formula specifične otpornosti na niskim temperaturama razmatra se zasebno. U tim će slučajevima svojstva istih materijala biti potpuno različita. Za neke od njih otpor može pasti na nulu. Taj se fenomen naziva supravodljivost, u kojoj optičke i strukturne karakteristike materijala ostaju nepromijenjene.
Uputa
Nađite silu otpora gibanju, koja djeluje na jednoliko pravocrtno gibljivo tijelo. Da biste to učinili, pomoću dinamometra ili na neki drugi način izmjerite silu koja se mora primijeniti na tijelo tako da se kreće ravnomjerno i pravocrtno. Prema trećem Newtonovom zakonu, bit će brojčano jednaka sili otpora gibanju tijela.
Odrediti silu otpora gibanju tijela koje se giba po vodoravnoj površini. U ovom slučaju, sila trenja izravno je proporcionalna sili reakcije oslonca, koja je zauzvrat jednaka sili gravitacije koja djeluje na tijelo. Dakle, sila otpora kretanju u ovom slučaju ili sila trenja Ftr jednaka je umnošku tjelesne mase m, koja se mjeri utezima u kilogramima, akceleracijom slobodnog pada g≈9,8 m/s² i faktorom proporcionalnosti μ, Ftr = μ∙m∙g. Broj μ naziva se koeficijent trenja i ovisi o površinama koje dolaze u dodir tijekom kretanja. Na primjer, za trenje čelika o drvo, ovaj koeficijent je 0,5.
Izračunajte silu otpora gibanju tijela koje se kreće. Osim koeficijenta trenja μ, tjelesne mase m i akceleracije slobodnog pada g, ovisi o kutu nagiba ravnine prema horizontu α. Da biste pronašli silu otpora kretanju u ovom slučaju, morate pronaći umnožak koeficijenta trenja, mase tijela, ubrzanja slobodnog pada i kosinusa kuta pod kojim je ravnina prema horizontu Ftr=μ∙m∙ g∙sos(α).
Kada se tijelo giba u zraku malim brzinama, sila otpora kretanju Fs izravno je proporcionalna brzini tijela v, Fc=α∙v. Koeficijent α ovisi o svojstvima tijela i viskoznosti medija te se posebno izračunava. Pri kretanju velikom brzinom, na primjer, kada tijelo padne s znatne visine ili se automobil kreće, sila otpora je izravno proporcionalna kvadratu brzine Fc=β∙v². Za velike brzine dodatno se izračunava koeficijent β.
Izvori:
- 1 Opća formula za silu otpora zraka Na slici
Za utvrđivanje snagu otpornost zrak stvoriti uvjete pod kojima će se tijelo pod utjecajem gravitacije početi kretati jednoliko i pravocrtno. Izračunajte vrijednost gravitacije, ona će biti jednaka sili otpora zraka. Ako se tijelo kreće u zraku, povećavajući brzinu, njegova sila otpora se nalazi pomoću Newtonovih zakona, a sila otpora zraka također se može naći iz zakona održanja mehaničke energije i posebnih aerodinamičkih formula.
Trebat će vam
- daljinomjer, vaga, brzinomjer ili radar, ravnalo, štoperica.
Uputa
Prije mjerenja otpornost korišteni otpornik, obavezno ga odlemite sa stare ploče ili bloka. U suprotnom, drugi dijelovi kruga ga mogu isključiti i iz njega ćete dobiti pogrešna očitanja. otpornost.
Videi sa sličnim sadržajem
Da biste pronašli električni otpor vodiča, koristite odgovarajuće formule. Otpor presjeka strujnog kruga nalazi se prema Ohmovom zakonu. Ako su poznate materijalne i geometrijske dimenzije vodiča, njegov se otpor može izračunati pomoću posebne formule.
Trebat će vam
- - tester;
- - čeljust;
- - vladar.
Uputa
Zapamtite što znači pojam otpornika. U ovom slučaju, otpornik treba shvatiti kao bilo koji vodič ili element električnog kruga koji ima aktivni otpor. Sada je važno zapitati se kako promjena vrijednosti otpora utječe na trenutnu vrijednost i o čemu ona ovisi. Bit fenomena otpora leži u činjenici da otpornici tvore svojevrsnu barijeru za prolaz električnih naboja. Što je veći otpor tvari, to su atomi gušće raspoređeni u rešetki otporne tvari. Ovaj obrazac objašnjava Ohmov zakon za dio lanca. Kao što znate, Ohmov zakon za dio kruga je sljedeći: jačina struje u dijelu strujnog kruga izravno je proporcionalna naponu u dijelu i obrnuto proporcionalna otporu samog dijela kruga.
Nacrtajte na list papira graf ovisnosti struje o naponu na otporniku, kao i o njegovom otporu, na temelju Ohmovog zakona. Dobit ćete graf hiperbole u prvom slučaju i pravocrtni graf u drugom slučaju. Dakle, jačina struje će biti veća što je veći napon na otporniku i manji otpor. Štoviše, ovisnost o otporu ovdje je izraženija, jer ima oblik hiperbole.
Imajte na umu da se otpor otpornika također mijenja kako se mijenja njegova temperatura. Ako zagrijete otpornički element i promatrate promjenu jačine struje, možete vidjeti kako jačina struje 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 kaotično gibanje čestica, uključujući i nabijene. Dakle, kretanje slobodnih čestica u otporniku postaje više kaotično nego usmjereno, što utječe na smanjenje jačine struje.
Videi sa sličnim sadržajem
