Електричний опір

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Класична електродинаміка
VFPt Solenoid correct2.svg
Електрика · Магнетизм

Електри́чний о́пір — властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.

Позначається здебільшого латинською літерою R, одиниця опору в системі СІОм.

Електричний опір використовується у випадках лінійної залежності електричного струму в провіднику від прикладеної напруги, і є коефіцієнтом пропорційності між падінням напруги U й силою струму I.

 U = IR .

Опір — це величина, яка характеризує спроможність елемента перетворювати електричну енергію на теплову.

Фізична природа опору[ред.ред. код]

За величиною опору тіла можна поділити на:

Окремим класом стоять надпровідники, які не створюють опору струму.

Причини виникнення опору[ред.ред. код]

Електрони провідника невпинно й хаотично рухаються, але у випадку, коли до провідника не прикладена напруга, хаотичний рух електронів в середньому не призводить до переносу заряду — електричний струм дорівнює нулю [1] Електричний струм виникає тоді, коли існує переважний рух електронів у одному напрямку. Така ситуація можлива при наявності електрорушійної сили, енергія якої витрачається на переорієнтацію теплового руху електронів.

Під час свого руху електричні заряди взаємодіють з кристалічною ґраткою: зіштовхуються з атомами ґратки (розсіються). При цьому електрони віддають енергію, отриману від електричного поля джерела е.р.с., ґратці. Атоми, що перебувають в коливальному русі навколо положення рівноваги, збільшують амплітуду коливання. Тобто, енергія електричного поля перетворюється в енергію коливання атомів — в тепло.

В джерелі е.р.с. внаслідок кулонівського відштовхування електрони намагаються зайняти рівноважне положення, що відповідає їх найбільшій віддаленності один від одного. Щоб викликати струм, треба порушити цю рівновагу і спрямувати електрони у певному напрямку проти сил поля (в джерелах струму цю роботу виконують сторонні сили, наприклад, хімічні). Розглянуті процеси викликають появу внутрішнього опору джерела е.р.с..

Залежність опору від розмірів провідника[ред.ред. код]

Для провідника довжиною l і поперечним перерізом S опір визначається за формулою

 R = \rho \frac{l}{S} .

де ρ — питомий опір — характеристика матеріалу, з якого виготовлений провідник. Питомий опір — це опір провідника кубічної форми з одиничними розмірами. Найменше значення ρ для срібла і золота. Ці матеріали використовують для виготовлення контактів в мікросхемах.

Залежність опору від температури[ред.ред. код]

Причиною виникнення опору є розсіювання (зіткнення) носіїв заряду на атомах ґратки. При збільшенні температури, по-перше, збільшується теплова швидкість електронів; по-друге, збільшується амплітуда коливання атомів відносно їхнього рівноважного положення. Необхідно зазначити, що вплив першого процесу, а саме — збільшення теплової швидкості, в меншій мірі впливає на опір провідника, ніж коливання атомів, оскільки при кімнатній температурі (20o С) теплова швидкість становить близько 105 см/сек, або 100 км/сек. Тому підвищення температури, наприклад на Δt = 40 — 60 °C, не приведе до суттєвого збільшення швидкості. А от амплітуда коливання атомів може збільшитися в кілька разів. Це викличе збільшення ефективного перетину розсіювання носіїв заряду на атомах і, як наслідок, приведе до збільшення ймовірності розсіювання. Зазначені явища призводять до втрат енергії носіями заряду. Струм через провідник при цьому зменшиться, тобто опір провідників при нагріванні збільшується.

Опір напівпровідників[ред.ред. код]

В напівпровідниках існує додатковий фактор, що залежить від температури, а саме — може змінюватись концентрація вільних носіїв заряду, якими в напівпровідниках є електрони провідності й дірки. Концентрація вільних носіїв заряду зростає при підвищенні температури за експоненційним законом. Збільшення кількості носіїв, які можуть давати вклад у електричний струм, приводить до зменшення опору.

В залежності від того, яка з причин в досліджуваному матеріалі домінує, при підвищенні температури опір може збільшуватись (метали), або зменшуватись (напівпровідники).

Контактний електричний опір[ред.ред. код]

Контактний електричний опір — опір, який виникає в місці контакту проводів електричного кола внаслідок нещільного прилягання.

Зовнішній опір[ред.ред. код]

Зовнішній опір – загальний опір усіх ділянок електричного кола, крім опору джерела електричного струму. Властивість провідника, від якої залежить сила струму в колі.

Опір людини[ред.ред. код]

Для розрахунку небезпечної величини сили струму, що протікає через людину при потраплянні його під електричну напругу частотою 50 Гц, опір тіла людини умовно приймають рівним 1 кОм. У реальності опір людини не є омічним, оскільки ця величина, по-перше, є нелінійною по відношенню до прикладеної напруги, по-друге змінюється в часі, по-третє, набагато менша у людини, яка хвилюється а, отже, потіє і т. д.

Серйозні ураження тканин людини спостерігаються зазвичай при проходженні струму силою близько 100 мА. Абсолютно безпечним вважається струм силою до 1 мА. Питомий опір тіла людини залежить від стану шкірних покривів. Суха шкіра має питомим опором близько 10000 Ом·м, тому небезпечні струми можуть бути досягнуті тільки при значній напрузі. Однак при наявності вогкості опір тіла людини різко знижується і безпечним може вважатися напруга тільки нижче 12 В. Питомий опір крові складає 1 Ом·м при 50 Гц.[2].

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Сивухин Д. В. (1977). Общий курс физики. т III. Электричество. Москва: Наука. 

Примітки[ред.ред. код]

  1. Проте завдяки флуктуаціям в провідниках виникають короткочасні струми, які призводять до появи шумів.
  2. Новиков С. Г. «Действие электрического тока на человека». Московский энергетический институт. Архів оригіналу за 2013-04-28. Процитовано 2013-25-04. 


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.