Sähkövastus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 29. tammikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .
Sähkövastus
Ulottuvuus L 2 MT– 3 I – 2 (SI); TL -1(CGSE, Gaussin järjestelmä); LT - 1(SGSM)
Yksiköt
SI Ohm
SGSE stat , s/cm
SGSM abom , cm/s

Sähkövastus  on fysikaalinen suure , joka kuvaa johtimen ominaisuutta estää sähkövirran kulkeutumista ja on yhtä suuri kuin johtimen päissä olevan jännitteen suhde sen läpi kulkevan virran voimakkuuteen [1]

Vaihtovirtapiirien ja vaihtuvien sähkömagneettisten kenttien resistanssi kuvataan impedanssilla ja aaltoresistanssilla . Resistanssia (vastusta) kutsutaan myös radiokomponentiksi, joka on suunniteltu syötettäväksi aktiivisen vastuksen sähköpiireihin.

Resistanssi (merkitty usein kirjaimella R tai r ) katsotaan tietyissä rajoissa vakioarvoksi tietylle johtimelle; se voidaan laskea mm

missä

R  - vastus, ohm (Ω); U  on sähköisten potentiaalien (jännitteen) ero johtimen päissä, voltti (V); I  - virta , joka kulkee johtimen päiden välillä potentiaalieron vaikutuksesta, ampeeri (A).

Historia

Vuonna 1826 Georg Ohm löysi kokeellisesti sähköpiirin peruslain, oppi laskemaan metallijohtimien resistanssin ja johti Ohmin lain . Siten sähkötekniikan kehityksen ensimmäisellä kaudella (1800-1831) luotiin edellytykset sen kehitykselle, sähkövirran myöhemmille sovelluksille.

"Resistenssin" käsite ilmestyi kauan ennen Georg Ohmin tutkimusta. Ensimmäistä kertaa tätä termiä käytti ja käytti venäläinen tiedemies Vasily Vladimirovich Petrov . Hän totesi virranvoimakkuuden kvantitatiivisen riippuvuuden johtimen poikkipinta-alasta: hän väitti, että kun käytetään paksumpaa lankaa, tapahtuu "voimakkaampi vaikutus ... ja erittäin nopea galvaaninen virtaus. voltainen neste." Lisäksi Petrov huomautti selvästi, että johtimen poikkileikkauksen kasvaessa (käytettäessä samaa galvaanista akkua) sen virranvoimakkuus kasvaa. [2]

Yksiköt ja mitat

Sähkövastuksen mitta kansainvälisessä suureiden järjestelmässä : dim R \ u003d L 2 MT - 3 I -2 . Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) , joka perustuu kansainväliseen yksikköjärjestelmään, vastuksen yksikkö on ohm (venäläinen nimitys: Ohm; kansainvälinen: Ω). CGS - järjestelmässä vastusyksiköllä ei sinänsä ole erityistä nimeä, mutta sen laajennuksissa ( CGSE , CGSM ja Gaussin yksikköjärjestelmä ) [3] käytetään :

Resistanssimitta CGSE:ssä ja Gaussin järjestelmässä on TL −1 (eli se osuu yhteen käänteisnopeuden koon kanssa , s/cm), CGSM:ssä se on LT −1 ( eli se on sama nopeuden mitta, cm/s) [4] .

Resistanssin käänteisluku on sähkönjohtavuus , jonka mittayksikkö SI-järjestelmässä on siemens (1 Sm = 1 Ohm −1 ), CGSE (ja Gaussin) tilastosiemensissä ja CGSM - absimensissa [5] .

Ilmiön fysiikka

Metallien korkea sähkönjohtavuus johtuu siitä, että niissä on suuri määrä virrankantajia - johtavuuselektroneja , jotka muodostuvat metalliatomien valenssielektroneista , jotka eivät kuulu tiettyyn atomiin . Metallisessa sähkövirta syntyy ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta , mikä saa aikaan elektronien järjestetyn liikkeen. Kentän vaikutuksen alaisena liikkuvia elektroneja sirottavat ionihilan epähomogeenisuudet (epäpuhtauksille, hilavirheille sekä ionien lämpövärähtelyihin liittyvien jaksollisen rakenteen rikkomuksiin). Tällöin elektronit menettävät vauhtinsa ja niiden liikkeen energia muunnetaan kidehilan sisäiseksi energiaksi, mikä johtaa johtimen kuumenemiseen, kun sähkövirta kulkee sen läpi .

Muissa väliaineissa ( puolijohteet , dielektrikot , elektrolyytit , ei-polaariset nesteet, kaasut jne.) varauksenkuljettajien luonteesta riippuen vastuksen fyysinen syy voi olla erilainen. Ohmin lain ilmaisemaa lineaarista riippuvuutta ei havaita kaikissa tapauksissa.

Johtimen resistanssi, ceteris paribus, riippuu sen geometriasta ja sen materiaalin sähköisestä resistiivisyydestä .

Poikkileikkaukseltaan tasaisen homogeenisen johtimen vastus riippuu johtimen aineen ominaisuuksista, sen pituudesta, poikkileikkauksesta ja lasketaan kaavalla:

missä ρ on johdinmateriaalin ominaisvastus , Ohm m, l  on johtimen pituus, m ja S  on poikkileikkausala, m².

Homogeenisen johtimen resistanssi riippuu myös lämpötilasta .

Resistiivisyys on skalaarinen fysikaalinen suure , joka on numeerisesti yhtä suuri kuin yksikköpituuden ja poikkileikkauspinta-alan yksikön omaavan homogeenisen lieriömäisen johtimen vastus.

Metallien vastus heikkenee lämpötilan laskiessa; muutaman kelvinin luokkaa olevissa lämpötiloissa useimpien metallien ja metalliseosten resistanssi pyrkii olemaan nolla ( suprajohtavuusvaikutus ). Päinvastoin, puolijohteiden ja eristeiden vastus kasvaa lämpötilan laskeessa (tietyllä alueella). Resistanssi muuttuu myös, kun johtimen/puolijohteen läpi virtaava virta/jännite kasvaa.

Resistanssin riippuvuus johtimen materiaalista, pituudesta ja poikkipinta-alasta

Metallissa vapaat elektronit ovat liikkuvia varauksenkantajia. Voimme olettaa, että kaoottisen liikkeensä aikana ne käyttäytyvät kuin kaasumolekyylit . Siksi klassisessa fysiikassa metalleissa olevia vapaita elektroneja kutsutaan elektronikaasuksi ja ensimmäisessä likiarvossa uskotaan, että ideaalikaasulle vahvistetut lait pätevät siihen.

Elektronikaasun tiheys ja kidehilan rakenne riippuvat metallityypistä. Siksi johtimen resistanssin tulee riippua sen aineen tyypistä. Lisäksi sen on oltava riippuvainen johtimen pituudesta, sen poikkipinta-alasta ja lämpötilasta.

Johtimen poikkileikkauksen vaikutus sen resistanssiin selittyy sillä, että poikkileikkauksen pienentyessä johtimessa olevien elektronien virtaus samalla virranvoimakkuudella tihenee, joten elektronien vuorovaikutus ainehiukkasten kanssa johdin vahvistuu.

Kaavasta

Voidaan nähdä, että johtimen resistanssi on suoraan verrannollinen sen pituuteen ja kääntäen verrannollinen sen poikkipinta-alaan. Arvoa ρ, joka kuvaa johtimen resistanssin riippuvuutta materiaalista, josta se on valmistettu, ja ulkoisista olosuhteista, kutsutaan aineen ominaisresistanssiksi . Eri aineiden ominaisvastus laskelmissa on otettu taulukoista.

Resistiivisyyden käänteislukua kutsutaan aineen ominaisjohtavuudeksi ja sitä merkitään σ.

Ihmiskehon vastustuskyky

Metrologiset näkökohdat

Laitteet vastuksen mittaamiseen

Resistenssin lisääntymiskeinot

Valtion vastusstandardi

Staattinen ja dynaaminen vastus

Epälineaaristen piirien teoriassa käytetään staattisen ja dynaamisen vastuksen käsitteitä. Sähköpiirin epälineaarisen elementin staattinen resistanssi sen CVC :n tietyssä kohdassa on elementin yli olevan jännitteen suhde siinä olevaan virtaan. Sähköpiirin epälineaarisen elementin dynaaminen resistanssi sen CVC:n tietyssä pisteessä on äärettömän pienen jännitteen lisäyksen suhde vastaavaan virran lisäykseen.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Sähkövastus - artikkeli Suuresta Neuvostoliitosta Encyclopediasta . 
  2. ↑ Vasily Petrov - kotimaan sähkötekniikan perustaja  // / infourok.ru.
  3. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92. painos. Ed. William M. Haynes. - 2011. - ISBN 978-1-4398-5511-9
  4. ↑ B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. — Fysiikan käsikirja insinööreille ja yliopisto-opiskelijoille. - M.: Nauka, 1968. - 939 s.
  5. ↑ Joskus englanninkielisessä kirjallisuudessa siemensiä kutsutaan nimellä mho (käänteisen yksikön ohm "käänteinen" nimi), vastaavasti CGSE:lle ja SGSM:lle - statmho (=statsiemens) ja abmho (=absiemens).
  6. ↑ 1 kΩ IEEE Std 80 -mallissa Arkistoitu 23. elokuuta 2011 Wayback Machinessa
  7. ↑ Novikov S. G. Sähkövirran vaikutus ihmiseen (pääsemätön linkki) . Moskovan energiatekniikan instituutti. Käyttöönottopäivä: 25.4.2013. Arkistoitu alkuperäisestä 19. kesäkuuta 2014. 

Linkit

Kirjallisuus