2-4. Электрические сопротивление и проводимость

При прохождении электрического тока по проводнику движущиеся свободные электроны (ионы), сталкиваясь с атомами или молекулами проводника, испытывают при этом противодействие своему движению, которое характеризует сопротивление проводника. Сопротивление согласно (2-6) оценивают отношением напряжения, приложенного к концам проводника, к силе тока в нем, т. е. сопротивление

Единицей измерения сопротивления в системе СИ служит ом (Ом):

Сопротивлением 1 Ом обладает проводник, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А.

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением р, т. е.

Удельное сопротивление, так же как и удельная проводимость, зависит от свойств материала и его температуры.

Заменив в (2-7) удельную проводимость у удельным сопротивлением, получим:

откуда удельное сопротивление

Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью

Единицей проводимости является сименс:

Единицей удельного сопротивления в системе СИ является Ом•м, так как

Удельные сопротивления для металлов при такой единице измерения выражаются очень малыми числами, что неудобно. Поэтому единицу удельного сопротивления определяют, измеряя длину провода в метрах, а сечение — в квадратных миллиметрах. При этих условиях единица удельного сопротивления

причем

Единица удельной проводимости.

или в системе СИ

Значения удельных сопротивлений ряда материалов при температуре 20° С даны в табл. 2-2.

Таблица 2-2. Характеристики некоторых проводниковых электротехнических материалов

В диэлектриках (электроизоляционных материалах) ток может проходить как черезтолщу диэлектрика, т. е. через объем материала — объемный ток , так и по поверхности диэлектрика — поверхностный ток . В соответствии с этим имеются два понятия: объемное сопротивление поверхностное сопротивление

Объемный ток в диэлектрике

Удельное объемное сопротивление численно равно сопротивлению диэлектрика сечением и длиной Таким образом, единицей объемного удельного сопротивления будет Ом-м, так как

Рис. 2-3. Резистор.

Можно также определять удельное объемное сопротивление для кубика с ребром, равным тогда

Значения удельных объемных сопротивлений для ряда материалов даны в табл. 1-1.

Поверхностный ток

Удельное, поверхностное сопротивление численно равно сопротивлению поверхности щириной и длиной Таким образом, единицей удельного поверхностного сопротивления будет 1 Ом, так как

откуда видно, что она не зависит от размеров.

Устройства, предназначенные для включения в электрическую цепь с целью ограничения или регулирования тока в ней, называются резисторами (рис. 2-3) или реостатами (рис. 2-4). Они изготовляются проволочными и непроволочными d постоянным значением сопротивления и регулируемыми (переменными). Термин «сопротивление» иногда раньше применялся как название устройства для ограничения тока в цепи.

Для нагревательных приборов, реостатов, резисторов применяется проволока из материалов с высоким удельным сопротивлением (табл. 2-2). Это позволяет при малой длине проволоки получить нужную величину сопротивления. Проволока в виде спирали накладывается на основание из керамики или другого изоляционного материала.

Рис. 2-4. Реостат.

Применение подвижного контакта (1, рис. 2-4) позволяет изменять сопротивление, включенное в цепь (между контактами 1 и 2 или 1 и 3 рис. 2-4).

В непроволочных резисторах токоведущая часть выполняется в виде стержня или в виде пленки, накладываемой на поверхность каркаса из изоляционного материала.

Пример 2-1. Лампа накаливания с сопротивлением Ом включена в сеть с напряжением U = 110 В. Определить силу тока в лампе.

Решение.

По закону Ома сила тока

Пример 2-2. Определить напряжение на зажимах нагревательного прибора с сопротивлением Ом, если сила тока в нем .

Решение.

Напряжение на зажимах прибора