Закон Ома и электрическое сопротивление проводника

Атомы и молекулы проводника препятствуют упорядо­ченному движению электронов, т. е. протеканию электри­ческого тока. Это противодействие зависит от материала проводника и его геометрических размеров и характери­зуется электрическим сопротивлением проводника.

Закон Ома гласит: сила тока I в проводнике прямо пропорциональна напряжению U на концах проводника и обратно пропорциональна его сопро­тивлению:

Устройства, имеющие определенное сопротивление, на­зывают резисторами, а резисторы с регулируемым сопро­тивлением — реостатами. Закон Ома применим для замк­нутой цепи, включающей источник энергии. В этом случае:

где R_n — полное сопротивление замкнутой цепи, Ом; г_вт — внутреннее сопротивление источника энергии, Ом; г_вш — внешнее сопротивление проводника и электроприем­ников.

Из этого выражения следует:

где — падение напряжения внутри источника электроэнергии, В; — напряжение на зажимах источника, численно равное падению напряжения во внешней цепи, В.

При разомкнутой цепи (I=0) напряжение на зажимах источника равно э. д. с:

В проводнике с постоянным сечением электрическое поле равномерно и напряжение равно произведению на­пряженности поля на длину проводника, тогда согласно закону Ома:

Следовательно, сопротивление проводника равно от­ношению длины к сечению, умноженному на коэффициент пропорциональности, называемый удельным сопротивлением материала:

Тогда сопротивление проводника выражается формулой:

где l – длина проводника, м; s – сечение проводника, мм².

Величина обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью, тогда выражение для сопротивления будет иметь следующий вид:

где - удельная проводимость проводника.

Сопротивление проводника зависит от его температуры и увеличивается при нагревании и уменьшается при ох­лаждении. При изменении температуры проводника при­мерно от —50 до 200°С удельное сопротивление изменяется по линейному закону пропорционально изменению темпе­ратуры. Коэффициент, характеризующий изменение со­противления в 1 Ом при изменении температуры на 1 ⁰С, называют температурным коэффициентом сопротивления.

Зависимость сопротивления при температуре 20 ⁰С и сопротивлением при других температурах выражается формулой:

где R_τ – сопротивление при температуре τ; R – сопротивление при температуре 20 ⁰С, Ом.

При низких температурах (близких к абсолютному нулю) сопротивления некоторых проводниковых материа­лов становятся весьма малыми. Такое явление называется сверхпроводимостью. В настоящее время раз­рабатываются специальные конструкции кабелей со сверх­проводниками. В линиях электропередачи с такими кабе­лями почти отсутствуют потери энергии.

Дата добавления: 2014-01-07