Цей сайт ніяк не міг уникнути статті про опір. Ну, ніяк! Є в електроніці саме фундаментальне поняття, яке є ще й фізичною властивістю. Ти напевно вже знайомий з цими друзями:

Опір - це властивість матеріалу заважати потоку електронів. Матеріал ніби пручається, перешкоджає цьому потоку, як вітрила фрегата сильному вітру!

У світі практично все має властивість пручатися: повітря пручається потоку електронів, вода теж пручається потоку електронів, але вони все одно прослизають. Мідні дроти теж пручаються потоку електронів, але ліниво. Тож вони дуже добре пропускають такий потік.

Не мають опору тільки надпровідники, але це вже інша історія, оскільки вони не мають опору, то сьогодні вони нам не цікаві.

До речі, потік електронів це і є електричний струм. Формальне визначення більш педантичне, тому шукай його сам у такій же сухій книзі.

І так, електрони між собою взаємодіють. Сила такої взаємодії вимірюється у Вольтах і називається напругою. Скажеш, що дивно звучить? Та нічого дивного. Електрони напружуються та рухають інші електрони із зусиллям. Дещо по-сільськи, зате зрозумілий основний принцип.

Залишилося згадати про потужність. Потужність - це коли струм, напруга та опір збираються за одним столом і починають працювати. Тоді і з'являється потужність – енергія, яку втрачають електрони, проходячи через опір. До речі:

I = U/R P = U * I

Є у тебе, наприклад, лампочка на 60Вт із дротом. Встромляєш її в розетку на 220В. Що далі? Лампочка надає потоку електронів з потенціалом 220В деякий опір. Якщо опір замало - бум, згоріла. Якщо занадто велике - нитка напруження світитиметься дуже слабко, якщо взагалі буде. А ось якщо воно буде "в самий раз", тоді лампочка з'їсть 60Вт і перетворить цю енергію на світло і тепло.

Тепло при цьому побічний ефект і називається "втратою" енергії, тому що замість того, щоб світити яскравіше, лампочка витрачає енергію на нагрівання. Користуйтесь енергозберігаючими лампами! До речі, провід теж має опір і якщо потік електронів буде занадто великим, він також нагріється до помітної температури. Тут можна запропонувати почитати замітку про те, навіщо використовуються високовольтні лінії.

Впевнений, що тепер ти розумієш про опір більше. При цьому ми не впали в деталі подібні до питомого опору матеріалу та формули типу

де ρ - питомий опірречовини провідника, Ом·м, l- Довжина провідника, м, а S- Площа перерізу, м ².

Небагато анімашок для повноти картини

І наочно про те, як потік електронів змінюється залежно від температури провідника та його товщини.

- електротехнічна величина, яка характеризує властивість матеріалу перешкоджати протіканню електричного струму. Залежно від виду матеріалу, опір може прагнути до нуля – бути мінімальним (мілі/мікро оми – провідники, метали), або бути дуже великим (гіга оми – ізоляція, діелектрики). Величина зворотна електричного опору - це.

Одиниця виміруелектричного опору - Ом. Позначається літерою R. Залежність опору струму й у замкнутої ланцюга визначається .

Омметр- Прилад для прямого вимірювання опору ланцюга. Залежно від діапазону вимірюваної величини, поділяються на гігаомметри (для великих опір - при вимірюванні ізоляції), і на мікро/міліомметри (для маленьких опорів - при вимірюванні перехідних опорів контактів, обмоток двигунів та ін).

Існує велика різноманітність омметрів за конструктивом різних виробників, Від електромеханічних до мікроелектронних. Варто зазначити, що класичний омметр вимірює активну частину опору (так звані оміки).

Будь-який опір (метал або напівпровідник) у ланцюгу змінного струмумає активну та реактивну складову. Сума активного та реактивного опору складають повний опір ланцюга змінного струмуі обчислюється за такою формулою:

де, Z - Повний опір ланцюга змінного струму;

R - активний опір ланцюга змінного струму;

Xc - ємнісний реактивний опір ланцюга змінного струму;

(Земність, w - кутова швидкість змінного струму)

Xl - індуктивний реактивний опір ланцюга змінного струму;

(L-індуктивність, w - кутова швидкість змінного струму).

Активний опір- Це частина повного опору електричного ланцюга, енергія якого повністю перетворюється на інші види енергії (механічну, хімічну, теплову). Відмінною властивістю активної складової - повне споживання всієї електроенергії (в мережу назад до мережі енергія не повертається), а реактивний опір повертає частину енергії назад до мережі (негативна властивість реактивної складової).

Фізичний сенс активного опору

Кожне середовище, де проходять електричні заряди, Створює на їхньому шляху перешкоди (вважається, що це вузли кристалічної решітки), в які вони ніби б'ються і втрачають свою енергію, яка виділяється у вигляді тепла.

Таким чином, відбувається падіння (втрата електричної енергії), частина якого втрачається через внутрішнього опорупровідного середовища.

Чисельну величину, що характеризує здатність матеріалу перешкоджати проходженню зарядів і називають опором. Вимірюється воно в Омах (Ом) і є обернено пропорційною електропровідності величиною.

Різні елементи періодичної системиМенделєєва мають різні питомі електричні опори (р), наприклад, найменшим уд. опір мають срібло (0,016 Ом*мм2/м), мідь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) та алюміній (0,029). Саме вони застосовуються в промисловості як основні матеріали, на яких будується вся електротехніка та енергетика. Діелектрики, навпаки, мають високий виуд. опором та використовуються для ізоляції.

Опір провідного середовища може значно змінюватись в залежності від перерізу, температури, величини та частоти струму. До того ж, різні середовища мають різні носії зарядів (вільні електрони в металах, іони в електролітах, «дірки» в напівпровідниках), які є визначальними факторами опору.

Фізичний сенс реактивного опору

У котушках та конденсаторах при подачі відбувається накопичення енергії у вигляді магнітних та електричних полів, що потребує певного часу.

Магнітні поля в мережах змінного струму змінюються слідом за напрямом руху зарядів, що змінюється, при цьому чинячи додатковий опір.

Крім того, виникає стійке зрушення фаз і сили струму, а це призводить до додаткових втрат електроенергії.

Питомий опір

Як дізнатися опір матеріалу, якщо по ньому не тече і ми не маємо омметра? Для цього існує спеціальна величина. питомий електричний опір матеріал в

(це табличні значення, визначені дослідним шляхом більшість металів). За допомогою цього значення та фізичних величин матеріалу, ми можемо обчислити опір за формулою:

де, p- питомий опір (одиниці виміру ом * м / мм 2);

l - Довжина провідника (м);

S – поперечний переріз (мм 2).

Проведемо найпростіший експеримент. До автомобільного акумулятора за допомогою двох коротких дротів підключимо лампочку із фари машини. Лампочка світиться і досить яскраво. А тепер ту ж лампу підключимо набагато довшими з'єднувачами. Світло явно послабшало. В чому справа? У опорі дротів.

Що таке електричний опір

Існують різні формулювання опису цього явища. Скористаємося однією з них:

«Електричний опір – фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти протіканню електроструму».

У нашому експерименті дроти, що підводять напругу від акумулятора до лампочки, надають електроопір струму, що протікає через замкнутий ланцюг. Від джерела напруги – акумулятора, через дроти – провідники, до навантаження – лампи.

Фізична сутність явища

При підключенні навантаження до джерела напруги з'єднувачами виникає замкнутий ланцюг, в якому з'являється електричне поле, що викликає спрямований рух електронів металу проводів від негативного полюса акумулятора до позитивного. Електрони доставляють електроенергію від джерела до навантаження і викликають світіння спіралі лампи. На шляху свого руху електрони ударяються об іони кристалічних ґрат провідника, втрачають частину енергії, яка йде на нагрівання матеріалу з'єднувачів.

Ще одне визначення: "Причиною появи електроопору є результат взаємодії потоку електронів з молекулами (іонами) з яких складається провідник".

Важливе зауваження! Хоча електрони рухаються від мінусу джерела напруги до плюсу, напрямок електричного струму історично вважається протилежним - від плюса до мінуса.

Струм може протікати у твердих матеріалах, металах, а й у рідких речовинах, розчинах солей, кислот, лугів. Там основним переносником енергії є іони позитивного та негативного заряду. Наприклад, в автомобільних акумуляторах струм проходить через водний розчинсірчаної кислоти.

Вимірювання опору провідників

За одиницю електроопору у системі СІ прийнято 1 Ом. Якщо скористатися законом Ома для ділянки електричного кола:

I = U/R,

• I - струм, що протікає в ланцюзі;
• U – напруга;
• R – електроопір.

перетворюючи формулу R = U/I, можна сказати, що 1 Ом дорівнює відношенню напруги в 1 Вольт до струму в 1 Ампер.

R у цій формулі величина постійна і залежить від величин напруги і струму.

Для більших значень застосовуються одиниці:

• 1 кОм = 1000 Ом;
• 1 МОм = 1000000 Ом;
• 1 ГОм = 1000000000 Ом.

Від чого залежить електроопір провідника

Насамперед воно залежить від матеріалу, з якого зроблено з'єднувач. Різні метали по-різному перешкоджають проходженню електричного струму. Відомо, що срібло, мідь, алюміній добре проводять електрострум, а сталь значно гірша.

Існує поняття питомого електроопору матеріалу, яке позначили грецькою літерою р (ро). Ця характеристика залежить лише від внутрішніх властивостей речовини, з якої виготовлено провідник. Але його повний опір буде заздрість ще й від довжини та площі перетину. Ось формула, яка пов'язує всі ці величини:

R = р * L/S,

• р - питомий опір матеріалу;
• L - Довжина;
• S – площа поперечного перерізу.

Площа перерізу S у практичній електротехніці прийнято вважати в кв.мм., тоді розмірність р виражається, як Ом * кв.мм / метр.

Висновок: для зменшення електроопору, а значить і втрат в електроланцюзі, матеріал повинен мати мінімальний питомий опір, а сам провідник бути якомога коротшим і мати великий поперечний переріз.

Показники для твердотільних матеріалів

З таблиці видно, що для виготовлення з'єднувачів, на яких губиться мінімальна кількість електроенергії, найкраще підійдуть срібло, мідь та алюміній, а ось з фехралі та ніхрому виготовлять термоелектронагрівачі (ТЕНи).

Слід зазначити, що це значення справедливі для температури 20 0 З. У разі підвищення температури питома електроопір металів зростає, при зниженні падає, виняток становить Константан, його питома характеристика змінюється незначно.

При сильному зниженні температури, близькому до абсолютного нуля, опір металів може стати нульовим, настає явище надпровідності. Пояснюється це тим, що іони кристалічних ґрат «замерзають», перестають коливатися, і не надають електронам перешкод у їхньому русі.

Показники для рідких провідників

Питома електроопір розчинів солей, кислот і лугів залежать не тільки від їх хімічного складу, але і від концентрації розчину. Залежність від температури зворотна, ніж у металів. При нагріванні питомий опір знижується, при охолодженні зростає. Рідина може замерзнути за низьких температур і перестати проводити струм.

Наочний приклад – поведінка автомобільних акумуляторіву сильний мороз. Електроліт - розчин сірчаної кислоти, при значних мінусових температурах (-20, -30С 0) збільшує внутрішній електроопір акумулятора, і повноцінна віддача струму стартеру стає неможливою.

Електропровідність

У деяких випадках зручніше користуватися поняттям провідності електроструму. Ця характеристика вимірюється в Сіменсах:

• G – провідність;
• R - опір,
• а 1 См = 1/Ом.

Приклад із практики

Отримавши деякі відомості про електроопір, варто провести нескладний розрахунок, і з'ясувати, як впливають характеристики з'єднувачів на параметри електричних кіл.

Повернемося до найпростішої електричної схеми, що складається з акумулятора, лампочки та проводів:

• Напруга акумулятора 12,5 Ст.
• Лампа має потужність 21 Вт.
• З'єднувачі мідні, довжина 1 метр х 2 шт., перетин 1,5 кв.

Знайдемо електроопір проводів: R = р * L/S. Підставляємо наші дані: R = 0,017 * 2/1,5 = 0,023 Ом.

Знайдемо опір лампи. Її електрична потужність 21 Вт, при підключенні до джерела живлення 12,5 В. струм у ланцюгу дорівнюватиме:

I = P/U,

• I – струм, що шукається;
• P – потужність лампи;
• U – напруга джерела.

Підставляємо числа: I = 21/12,5 = 1,68 А.

Опір лампи знаходимо за законом Ома для ділянки ланцюга. Якщо I = U/R, то R = U/I. Або: R = 12,5 / 1,68 = 7,44 Ом.

У розрахунку ми знехтували опором проводів, він більш ніж у 300 разів менший за електроопір навантаження.

Знайдемо втрати потужності на дротах і порівняємо її з корисною потужністюнавантаження. Нам відомий струм у ланцюгу, відомі параметри з'єднувачів, знайдемо потужність, що губиться на дротах:

P = U * I,

замінюємо у формулі напругу згідно із законом Ома: U = I*R, підставляємо у формулу потужності:

P = I * R * I = I 2 * R.

Після встановлення чисел: P = 1,68 2 *0,023 = 0,065 Вт.

Результат відмінний, з'єднувачі забирають у навантаження лише 0,3% потужності.

Але якщо підключити лампу через довгі дроти (20 метрів), та ще й тонкі, перетин 0,75 кв.мм., то картина зміниться. Не повторюючи тут весь розрахунок, можна відзначити, що за таких з'єднувачів ефективна потужність лампи знизиться майже на 11%, а втрати енергії на провідниках становитимуть уже 6%.

Запам'ятаємо правило - для зменшення втрат електричних мережахнеобхідно знижувати електроопір проводів, застосовувати мідь або алюміній, по можливості скорочувати довжину та збільшувати переріз провідників.

Що таке опір: відео

Або електричного ланцюга електричного струму.

Електричний опір визначається як коефіцієнт пропорційності Rміж напругою Uта силою постійного струму Iу законі Ома для ділянки ланцюга.

Одиниця опору називається омом(Ом) на честь німецького вченого Г. Ома, який увів це поняття у фізику. Один ом (1 Ом) – це опір такого провідника, в якому при напрузі 1 Всила струму дорівнює 1 А.

Питомий опір.

Опір однорідного провідника постійного перерізу залежить від матеріалу провідника, його довжини lта поперечного перерізу Sі може бути визначено за формулою:

де ρ - питомий опір речовини, з якої виготовлено провідника.

Питомий опір речовини- це фізична величина, що показує, яким опором має виготовлений з цієї речовини провідник одиничної довжини та одиничної площі поперечного перерізу.

З формули випливає, що

Величина, зворотна ρ , називається питомою провідністю σ :

Оскільки СІ одиницею опору є 1 Ом. одиницею площі 1 м 2 , а одиницею довжини 1 м , то одиницею питомого опору СІ буде 1 Ом · м 2 /м, або 1 Ом · м. Одиниця питомої провідності в СІ - Ом-1 м-1.

Насправді площа перерізу тонких проводів часто виражають у квадратних міліметрах (мм 2) . І тут зручнішою одиницею питомого опору є Ом·мм 2 /м. Оскільки 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то 1 Ом · мм 2 / м = 10 -6 Ом · м. Метали мають дуже малий питомий опір - порядку (1 · 10 -2) Ом · мм 2 / м, діелектрики - в 10 15 -10 20 більшим.

Залежність опорів від температури.

З підвищенням температури опір металів зростає. Однак існують сплави, опір яких майже не змінюється у разі підвищення температури (наприклад, константан, манганін та ін.). Опір електролітів з підвищенням температури зменшується.

Температурним коефіцієнтом опорупровідника називається відношення величини зміни опору провідника при нагріванні на 1 °С до величини його опору при 0 ºС:

.

Залежність питомого опору провідників від температури виражається формулою:

.

У загальному випадку α залежить від температури, але якщо інтервал температур невеликий, то температурний коефіцієнтможна вважати незмінним. Для чистих металів α = (1/273)К -1. Для розчинів електролітів α < 0 . Наприклад, для 10% розчину кухонної солі α = -0,02 До -1. Для константану (сплаву міді з нікелем) α = 10 -5 К -1.

Залежність опору провідника від температури використовується в термометри опору.

Вступ………………………………………………………………………………2

Вимір опору при постійному струмі…………………..…….3

Метод амперметра-вольтметра…………………………………………….……3

Метод безпосередньої оцінки………………………………………………..4

Мости для вимірювання опору на постійному струмі………………...6

Вимір дуже великих опорів……………………………………9

Вимір опору при змінному струмі………………….…...10

Вимірювач імітансу…………………………………………..……………...10

Вимірювальна лінія…………………………………………………..……….11

Вимірювання ультрамалих опорів…………………………..…………13

Висновки………………………………………………………………….………..…14

Вступ

Електричний опір - основна електрична характеристика провідника, величина, що характеризує протидію електричного ланцюга або його ділянки електричного струму. Також опором можуть називати деталь (її частіше називають резистором), що надає електричний опір струму. Електричний опір обумовлено перетворенням електричної енергії на інші види енергії та вимірюється в Омах.

Опір (часто позначається літерою R) вважається, у певних межах, постійною величиною для даного провідника і його можна визначити як

R – опір;

U - різниця електричних потенціалів на кінцях провідника, що вимірюється у вольтах;

I - Струм, що протікає між кінцями провідника під дією різниці потенціалів, вимірюється в амперах.

Для практичного вимірювання опорів застосовують безліч різних методів, залежно від умов виміру та характеру об'єктів, від необхідної точності та швидкості вимірювань. Наприклад розрізняють методи для вимірювання опору при постійному струмі та при змінному, вимірювання великих опорів, опорів малих та ультрамалих, прямі та непрямі тощо.

Метою роботи є виявлення основних методів вимірювання опорів, що найчастіше зустрічаються в практиці.

Вимір опору при постійному струмі

Основними методами вимірювання опору постійному струму є непрямий метод, метод безпосередньої оцінки, і навіть мостовий метод. Вибір методу вимірювань залежить від очікуваного значення опору, що вимірюється, і необхідної точності вимірювань. З непрямих методів найбільш універсальним є метод амперметр-вольтметр.

Метод амперметра-вольтметра

Даний метод заснований на вимірюванні струму, що протікає через вимірюваний опір та падіння напруги на ньому. Застосовують дві схеми виміру: вимір великих опорів (а) та вимірювання малих опорів (б). За результатами вимірювання струму та напруги визначають шуканий опір.

Для схеми (а) шуканий опір та відносну методичну похибку можна визначити за формулами:

де Rx - опір, що вимірюється, а Rа - опір амперметра.

Для схеми (б) шуканий опір та відносна методична похибка вимірювання визначаються за формулами:

З формули видно, що при підрахунку шуканого опору по наближеній формулі виникає похибка, тому що при вимірюванні струмів і напруг у другій схемі амперметр враховує і той струм, який проходить через вольтметр, а в першій схемі вольтметр вимірює напругу крім резистора .

З визначення відносних методичних похибок випливає, що вимір за схемою (а) забезпечує меншу похибку при вимірі великих опорів, а вимір за схемою (б) – при вимірі малих опорів. Похибка вимірювання за даним методомрозраховується за виразом:

«Прилади, що використовуються при вимірюванні, повинні мати клас точності не більше 0,2. Вольтметр підключають безпосередньо до вимірюваного опору. Струм при вимірі повинен бути таким, щоб показання відраховувалися по другій половині шкали. Відповідно до цього вибирається і шунт, який застосовується для можливості вимірювання струму приладом класу 0,2. Щоб уникнути нагрівання опору і, відповідно, зниження точності вимірювань, струм у схемі вимірювання не повинен перевищувати 20% номінального».

Гідність схем методу вимірювання амперметром і вольтметром полягає в тому, що по резистору з вимірюваним опором можна пропускати той самий струм, як і за умови його роботи, що є важливим при вимірюванні опорів, значення яких залежать від струму.

Метод безпосередньої оцінки.

Метод безпосередньої оцінки передбачає вимірювання опору постійному струму за допомогою омметра. Омметром називають вимірювальний пристрій безпосереднього відліку для визначення електричних активних (активні опорів також називають омічними опорами) опорів. Зазвичай вимірювання проводиться по постійному струму, однак у деяких електронних омметрах можливе використання змінного струму. Різновиди омметрів: мегаомметри, тераомметри, гігаомметри, міліомметри, мікроомметри, що відрізняються спектрами вимірюваних опорів.

За принципом дії омметри можна розділити на магнітоелектричні - з магнітоелектричним вимірювачем або магнітоелектричним логометром (мегаомметри) та електронні, які бувають аналогові або цифрові.

«Дія магнітоелектричного омметра заснована на вимірюванні сили струму, що протікає через опір, що вимірюється, при постійному напрузі джерела живлення. Для вимірювання опорів від сотень Ом до декількох мегаом вимірювач і опір rx, що вимірюється, включають послідовно. В цьому випадку сила струму I у вимірнику та відхилення рухомої частини приладу a пропорційні: I = U/(r0 + rx), де U - напруга джерела живлення; r0 – опір вимірювача. При малих значеннях rx (до декількох ом) вимірювач і rx включають паралельно.

За основу логометричних мегаомметрів береться логометр, до плечей якого підключаються в різних комбінаціях (залежно від межі вимірювання) зразкові внутрішні резистори та вимірюваний опір, показання логометра залежить від співвідношення цих опорів. Як джерело високої напруги, необхідного для проведення таких вимірювань, у подібних приладах зазвичай використовують механічний індуктор - електрогенератор з ручним приводом, у деяких мегаомметрах замість індуктора застосовується напівпровідниковий перетворювач напруги.

Принцип дії електронних омметрів заснований на перетворенні вимірюваного опору пропорційне йому напруга за допомогою операційного підсилювача. Вимірюваний резистор включається до ланцюга зворотнього зв'язку(лінійна шкала) чи на вхід підсилювача. Цифровий омметр є вимірювальний міст з автоматичним врівноваженням. Врівноваження проводиться цифровим керуючим пристроєм методом підбору прецизійних резисторів у плечах моста, після чого вимірювальна інформація з керуючого пристрою подається на блок індикації.

«Під час вимірювання малих опорів може виникати додаткова похибка через вплив перехідного опору в точках підключення. Щоб уникнути цього, застосовують так званий метод чотирипровідного підключення. Сутність методу полягає в тому, що використовуються дві пари проводів - по одній парі на об'єкт, що вимірюється, подається струм певної сили, за допомогою іншої пари з об'єкта на прилад подається падіння напруги пропорційне силі струму і опору об'єкта. Проводи приєднуються до висновків вимірюваного двополюсника таким чином, щоб кожен з струмових проводів не стосувався безпосередньо відповідного проводу напруги, при цьому виходить, що перехідні опори в місцях контактів не включаються у вимірювальний ланцюг».