Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления

Различные вещества имеют разную проводимость. Мы уже говорили о существовании проводников, полупроводников и диэлектриках. Среди проводников электричества мы выделили металлы — они имеют лучшую проводимость, так как содержат в себе большое количество свободных электронов. Эти заряженные частицы под действием сил электрического поля приходят в движение. Так возникает такое явление, как электрический ток.

Но даже среди металлов можно выделить те, которые лучше проводят ток. Значит, есть и те металлы, которые проводят ток хуже. Как же сравнивать эту способность веществ? Так мы подходим к введению новой характеристики проводников.

Называется эта характеристика «электрическое сопротивление«. На данном уроке мы рассмотрим ее связь с проводимостью различный веществ, узнаем причины ее возникновения и разберемся, от каких других величин и свойств она зависит.

Зависимость показаний амперметра и вольтметра от используемого проводника в цепи

Для начала проведем интересный опыт. Соберем электрическую цепь из источника тока, ключа, амперметра и вольтметра. Также мы будем включать в эту цепь проводники из различных материалов. Они закреплены на специальной панели. К этим же проводникам мы будем параллельно подключать вольтметр (рисунок 1).

Проводники у нас обозначены следующим образом: AB — железная проволока, CD — никелиновая проволока, EF — медная проволока.

Эти проводники имеют одинаковую длину и сечение.

Сначала подключим в цепь железную проволоку AB. Зафиксируем показания амперметра и вольтметра после замыкания ключа.

Теперь переключимся на никелиновую проволоку CD. Мы заметим, что сила тока в цепи уменьшилась.

Испробуем третий проводник: медную проволоку EF. Теперь сила тока значительно увеличилась.

Вы не забыли, что в нашем опыте был еще и вольтметр? Мы поочередно подключали его к каждому из проводников.

Каждый раз мы получали одинаковое значение напряжения. Оно не изменялось.

{"questions":[{"content":"Если в электрическую цепь поочередно подключать разные проводники, то[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Сила тока","Напряжение"],"items":["Изменяется","Не изменяется"]}}}]}

Зависимость силы тока от свойств проводников

Вы уже знаете, что сила тока зависит от напряжения. Ведь напряжение является характеристикой электрического поля.

Но в нашем опыте напряжение оставалось постоянным. Значит, сила тока имеет еще одну зависимость.

Сила тока в цепи зависит от свойств проводников, включенных в электрическую цепь.

{"questions":[{"content":"Сила тока в электрической цепи зависит от[[choice-3]]","widgets":{"choice-3":{"type":"choice","options":["напряжения","свойств проводника","вида используемого амперметра","места измерения"],"answer":[0,1]}}}]}

Электрическое сопротивление

Что же это за свойства? Их совокупность в электричестве получила свое определение. Принято говорить, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока.

Обозначается электрическое сопротивление буквой $R$.

{"questions":[{"content":"Для обозначения электрического сопротивления используют букву[[choice-7]]","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":["$R$","$U$","$I$","$F$"],"explanations":["","Так обозначается электрическое напряжение.","Так обозначается сила тока.","Так обозначается сила."],"answer":[0]}}}]}

Единица измерения сопротивления

Что принимают за единицу сопротивления проводника? Как ее называют?

Электрическое сопротивление измеряется в омах.

За единицу сопротивления принимают $1 \space Ом$ — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах $1 \space В$ сила тока равна $1 \space А$:
$1 \space Ом = \frac{1 \space В}{1 \space А}$.

{"questions":[{"content":"Электрическое сопротивление проводника измеряется в[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["омах","амперах","вольтах","паскалях"],"explanations":["","Это единица измерения силы тока.","Это единица измерения напряжения.","Это единица измерения давления."],"answer":[0]}}}]}

Дольные и кратные единицы сопротивления

Какие единицы сопротивления, кроме ома, используют?

На практике часто используют дополнительные единицы измерения сопротивления: миллиом ($мОм$), килоом ($кОм$), мегаом ($МОм$).

$1 \space мОм = 0.001 \space Ом$;
$1 \space кОм = 1000 \space Ом$;
$1 \space МОм = 1 \space 000 \space 000 \space Ом$.

{"questions":[{"content":"$0.03 \\space кОм =$ [[input-21]] $Ом$.","widgets":{"input-21":{"type":"input","inline":1,"answer":"30"}},"step":1,"hints":["$1 \\space кОм = 1000 \\space Ом$, или<br />$1 \\space Ом = 0.001 \\space кОм$.","$0.03 \\space кОм = 30 \\space Ом$"]}]}

Причины электрического сопротивления

В чем же причина сопротивления?

Вспомните урок «Электрический ток в металлах«. Электроны, двигаясь под действием электрического поля, обретают некоторое направление. Но при этом хаотичность их движения сохраняется. Мы еще сравнивали такое движение со стайкой мошкары, которую относит ветром.

Итак, электроны приведены в упорядоченное движение электрическим полем. При этом они взаимодействуют с ионами кристаллической решетки. Что при этом происходит? Упорядоченное движение замедляется. Теперь меньшее число электронов проходит через поперечное сечение проводника за $1 \space с$. Значит, уменьшается сила тока.

Сделаем вывод из наших рассуждений.

Причина сопротивления — это взаимосвязь движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.

Логично, что разные проводники будут обладать разными значениями сопротивления. Все дело будет в различиях строения их кристаллической решетки. Кроме того, значение будут иметь длина проводника и площадь его поперечного сечения. Об этом мы поговорим в следующих уроках.

{"questions":[{"content":"Под действием электрических сил свободные электроны в металле приходят в упорядоченное движение. Во время этого движения они[[choice-27]]","widgets":{"choice-27":{"type":"choice","options":["взаимодействуют с ионами кристаллической решетки","со временем набирают большую скорость","взаимодействуют только с другими свободными электронами","не испытывают никаких взаимодействий"],"explanations":["Из-за этого скорость направленного движения уменьшается. В этом и кроется явление электрического сопротивления.","","",""],"answer":[0]}}}]}

Электрическое сопротивление наглядно: интересные опыты

Упражнения

Схема электрической цепи изображена на рисунке 2. Проводник обозначен прямоугольником.

В ходе этого опыта используют различные проводники. При этом фиксируют значения приборов. Сила тока изменяется в зависимости от того, какой проводник включен в цепь. Напряжение же на концах разных проводников все время остается постоянным.

Этот опыт доказывает связь силы тока и свойства проводника, называемого электрическим сопротивлением.

Дано:
$I_1 = 100 \space мОм$
$I_2 = 0.7 \space кОм$
$I_3 = 20 \space МОм$

Показать решение и ответ

Скрыть

Дано:
$I = 0.5 \space А$
$U = 1 \space В$

$R — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть