Электрическое сопротивление и проводимость материалов. Единицы сопротивления и проводимости.

Электрическое сопротивление проводника зависит от его материала и размеров. Если проводник имеет постоянное поперечное сечение S и длину L то его сопротивление

R=

где — удельное сопротивление материала.

сопротивление проводника прямо пропор­ционально его удельному сопротивлению и длине и обратно про­порционально площади поперечного сечения.

Удельное сопротивление материала проводника, как следует =R

численно равно сопротивлению проводника длиной 1 м, имеющего постоянное поперечное сечение 1 м2. Единицей измерения удельного сопротивления является Ом • м,

В электротехнике при расчете сопротивления проводов приня­то длину выражать в метрах, а поперечное сечение в квадратных миллиметрах. В этом случае удельное сопротивление измеряется во внесистемных единицах Ом – мм²/м и представляет собой сопротивление проводника в омах, сечение которого 1 мм2 и длина 1 м.

• Величина, обратная сопротивлению, называется проводи­мостью.

Проводимость измеряется в сименсах (См). Сименс - это прово­димость проводника, имеющего сопротивление 1 Ом, т. е. 1 См = 1/ 0м

Проводимость проводника длиной 1 м, имеющего поперечное сечение 1 м², называется удельной проводимостью. Удельная проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению;

=

и измеряется в сименсах на метр (См ^х м) или в 1/Ом • м.

В диэлектриках (электроизоляционных материалах) ток может проходить как через толщу материала (объемный ток), так и по его поверхности (поверхностный ток). Поэтому различают объемное сопротивление и поверхностное

где

- объемный и поверхностный токи;

- удельное объемное и поверхностное сопротивления;

- длина и ширина поверхности диэлектрика, причем длина измеряется по направлению протекания тока, а ширина — в направлении пер­пендикулярном к не­му. Удельное объем­ное сопротивление ди­электриков численно равно сопротивлению образца длиной 1 м, имеющего постоянное поперечное сечение 1 м2. Поэтому единица измерения удельного объемного сопротив­ления будет такой же, как и для металлов, т. е. 1 Ом • м.

Удельное поверх­ностное сопротивление численно равно сопротивлению поверхности диэлектрика, имеющей форму квадрата со стороной 1 м. следует, что единицей измерения удельного поверхностного сопро­тивления является 1 Ом, так как длина l и ширина d измеряются в одинаковых единицах (метрах).

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры. При температурах до 100° С эта зависимость является практически линейной:

где —удельное сопротивление при 0° С;

- температура, °С;

- температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Если известно сопротивление проводника при 0" С, то его со­противление К при температуре Т °С

R=

Из формулы видно, что температурный коэффициент сопротив­ления а определяет относительное изменение величины сопротив­ления при изменении температуры проводника на 1° С, т. е. он показывает, на какую часть от первоначального увеличится сопро­тивление при нагреве на 1С. Измеряется этот коэффициент в 1/С.

При определении сопротивления проводника с учетом темпера­туры пользуются следующей приближенной формулой;

R=

где R — сопротивление при температуре Т °С;

—сопротивление при 20° С.

Нагревание существенно влияет на сопротивление проводни­ков. Например, если катушку из медного провода нагреть от 20° С до 100° С, то ее сопротивление возрастает на на 32%. Следует учитывать, что нагрев медного провода на 10° С приводит к увеличению его сопро­тивления на 4%.

В то же время имеются материалы с очень низким температурным коэффициентом сопротивления. К ним относятся манганин, ис­пользуемый для изготовления эталонов сопротивлений, шунтов и добавочных резисторов к измерительным приборам, а также константан, никелин, нихром, реотан, фехраль и другие, применяе­мые для изготовления реостатов, резисторов, нагревательных элементов. При снижении температуры сопротивление практически всех проводников уменьшается. При очень низких температурах, близ­ких к абсолютному нулю (—273° С), сопротивление некоторых ме­таллов и сплавов резко падает и становится практически равным нулю. Это явление называется сверхпроводимостью. Сверхпроводимость обнаружена также и у некоторых Неметалличе­ских соединений.

Элементы электрической цепи, предназначенные для использо­вания их электрического сопротивления, называются резисторами. Резисторы — самые распространенные элементы электротехниче­ских устройств. Их применяют для ограничения и регулирования тока в электрических цепях за счет введения в них постоянного или переменного по величине добавочного сопротивления.

Дата добавления: 2015-08-13