Question

Доклад на тему сопротивление проводников.

Answer 1

Электрическое сопротивление обусловлено тем, что свободные электроны при дрейфе взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки металла. При повышении температуры учащаются соударения электронов с ионами, поэтому сопротивление проводников зависит от температуры. Сопротивление проводников зависит от материала проводника, т.е. строение его кристаллической решетки. Для однородного цилиндрического проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление определяется по формуле

R = ρ٠l/S (1.)

где ρ=RS/l – удельное сопротивление проводника (сопротивление однородного цилиндрического проводника, имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения).

Единица сопротивления – Ом.

1 Ом: Ом – сопротивление проводника, по которому при напряжении 1 В течет ток 1 Ом=1 В/А.

Величина σ=1/ρ, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью проводника.

Единица электрической проводимости – сименс (См).

Сименс – электрическая проводимость проводника сопротивлением 1 Ом, т.е. 1 См=1 Ом־№. Из формулы (1.1) следует, что единицей удельного сопротивления является Ом-метр (Ом ٠м).

Таблица 1.1 Удельное сопротивление наиболее распространенных проводников

Материал ρ, 10־ Ом∙м Характеристика материала

Серебро 1,6 Наилучший проводник

Медь 1,7 Применяется наиболее часто

Алюминий 2,9 Применяется часто

Железо 9,8 Применяется редко



Удельное электрическое сопротивление проводника зависит не только от рода вещества, но и от его состояния. Зависимость удельного сопротивления ρ от температуры выражается формулой

ρ = ρ0 (1+ αt), (1.2)

где ρ0 – удельное сопротивление при 0°C; t – температура (по шкале Цельсия); α – температурный коэффициент сопротивления, характеризующий относительное изменение сопротивления проводника при нагревании его на 1°C или 1 K:

α = (ρ-ρ0)/ρ0t. (1.3)

Температурные коэффициенты сопротивления веществ различны при разных температурах. Однако для многих металлов изменение α с температурой не очень велико. Для всех чистых металлов α ≈ 1/273 K־№ (или °C־№).

Зависимость сопротивления металлов от температуры положена в основу устройства термометров сопротивления. Они используются как при очень высоких, так и при очень низких температурах, когда применение жидкостных термометров невозможно.

Из понятия о проводимости проводника следует, что чем меньше сопротивление проводника, тем больше его проводимость. При нагревании чистых металлов их сопротивление увеличивается, а при охлаждении – уменьшается.

В 1911 г. Голландский физик Камерлинг-Оннес провел опыты с ртутью, которую можно получить в чистом виде. Он столкнулся с новым, совершенно неожиданным явлением. Удельное сопротивление ртути при температуре 4,2 K (около -269°C) резко упало до такой малой величины, что его практически стало невозможно измерить. Это явление обращения электрического сопротивления в нуль Камерлинг-Оннес назвал сверхпроводимостью.

В настоящее время сверхпроводимость обнаружена у более чем 25 металлических элементов, большого числа сплавов, некоторых полупроводников и полимеров. Температура Tкр перехода проводника в сверхпроводящее состояние для чистых металлов лежит в пределах от 0,14 K для иридия до 9,22 K для ниобия.

Движение электронов в металле, находящемся в состоянии сверхпроводимости, является до такой степени упорядоченным, что электроны, перемещаясь по проводнику, почти не испытывают соударений с атомами и ионами решетки. Полное объяснение явления сверхпроводимости можно дать с позиций квантовой механики.

Кроме чисто электротехнических свойств, для проведения необходимой технологической обработки и обеспечения заданных сроков службы в эксплуатации, проводниковые материалы должны обладать достаточной нагревостойкостью, механической прочностью пластичностью.

Answer 2

Сопротивление проводников: физические основы и практическое значение

Введение

Сопротивление проводников - это важное явление в электрических цепях, которое описывает, насколько трудно электрический ток протекает через материал. Это явление играет ключевую роль в электротехнике и электронике, и его понимание имеет большое практическое значение. В данном докладе мы рассмотрим физические основы сопротивления проводников и его воздействие на электрические цепи.

1. Физические основы сопротивления

Сопротивление проводников обусловлено внутренними характеристиками материала, из которого изготовлен проводник. Основные факторы, влияющие на сопротивление, включают:

1.1. Тип материала: Разные материалы имеют разные уровни сопротивления. Например, металлы, такие как медь и алюминий, являются хорошими проводниками, имеющими низкое сопротивление, в то время как некоторые полупроводники и изоляторы имеют высокое сопротивление.

1.2. Температура: Сопротивление проводника меняется с температурой. Обычно сопротивление увеличивается с повышением температуры, хотя есть исключения, такие как термисторы, у которых сопротивление убывает с ростом температуры.

1.3. Длина и сечение проводника: Сопротивление пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Это описывается законом Ома (R = ρ * (L / A)), где R - сопротивление, ρ - удельное сопротивление материала, L - длина проводника, A - площадь поперечного сечения.

2. Закон Ома

Закон Ома является фундаментальным законом в электричестве, который описывает взаимосвязь между напряжением (U), силой тока (I) и сопротивлением (R) в электрической цепи. Закон Ома формулируется следующим образом: U = I * R.

Этот закон дает понимание того, как напряжение на проводнике связано с силой тока и сопротивлением. Если сопротивление увеличивается, то для поддержания того же тока требуется большее напряжение.

3. Практическое значение сопротивления

Сопротивление проводников имеет ряд важных практических применений:

3.1. Диссипация тепла: Высокое сопротивление используется в нагревательных элементах, где ток, проходя через проводник, вызывает выделение тепла. Примеры включают нагревательные плиты и паяльники.

3.2. Защита от перегрузок: Предохранители и резисторы используются для ограничения тока в электрических цепях и предотвращения повреждения оборудования.

3.3. Сигнальная передача: В некоторых приложениях, таких как аудио и видео передача, сопротивление используется для поддержания правильного уровня сигнала и предотвращения его деградации.

Заключение

Сопротивление проводников - важное явление в электрических цепях, которое определяется физическими характеристиками материала проводника. Понимание сопротивления и его влияния на электрические цепи имеет решающее значение для разработки и эксплуатации электронных устройств и систем. Закон Ома является основой для анализа и проектирования электрических цепей, а практические применения сопротивления включают в себя области от нагрева до защиты от перегрузок и сигнальной передачи.