Резистор - идеализированный элемент электрической цепи, страница 2

Замечание: Закон Ома применим в своей канонической форме, только для металлов и электролитов.

Теперь перейдем к другим простым случаям.

Первый. Возьмем однородный провод постоянного сечения, подключим к гальваническому элементу, к амперметру и  к токопроводящей указке по предложенной схеме. Передвигая, ползунок получим, что чем ближе к точке b, тем меньше сила тока I. И наоборот. Таким образом, этот опыт показывает, что сопротивление отрезка однородного провода постоянного сечения прямо пропорционально его длине l.

Второй. Проводник составлен из проводов одинаково материала и одинаковой длины, но разного сечения. Касаясь указкой, точек a, b, c мы получим разную силу тока, в точке a амперметр покажет самый слабую силу тока, а в точке с будет проходить самый сильный ток. Проанализировав этот опыт получим, что сопротивление отрезков одинаковой длины обратно пропорционально площади его поперечного сечения S.

Третий. Если во втором опыте использовать провода одинаково сечения, но из разного материала: медь, железо или золото, то окажется, сопротивление медной проволоки гораздо меньше, чем у железной, а сопротивление золотой проволоки намного меньше чем медной. Таким образом: сопротивление проволоки зависит от её материала.

Полученные результаты можно выразить следующей формулой, подобной формуле (7).

 (8)

Здесь R – сопротивление проволоки,  l – её длина, S – площадь поперечного сечения, а - коэффициент пропорциональности, зависящий от рода материала. Величина - называется удельным сопротивлением материала. В формуле (7) мы использовали величину обратную сопротивлению - удельную проводимость.

В системе СИ единицей удельного сопротивления является Ом-метр (Ом*м). При = 1 Ом*м цилиндрический проводник с площадью сечения S= 1 м² и длинной l=1 метр, имеет сопротивление  R=1 Ом.

Как было сказано выше величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью. Единица проводимости в системе СИ в честь немецкого физика и электротехника Эрнеста Вернера  Сименса (1816-1892) носит название сименс (См).

Скомпилировав формулы (7) и (8) получим следующую зависимость.

 (9)

удельная проводимость измеряется в единицах, называемых сименс на метр (См/м).

Таблица сопротивлений и связанных с ним величин при температуре 0 ^оС

В этой таблице не зря указана температура. Проведем следующий опыт: Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой железной проволоки и включим её в цепь, содержащую батарею гальванических элементов и амперметр. Сопротивление этой проволоки подберем таким образом, чтобы стрелка амперметра отклонялась почти на всю шкалу. Отметив показания амперметра, сильно нагреем проволоку при помощи горелки. Мы увидим следующее, по мере нагревания проволоки, ток в цепи уменьшается, а значит, сопротивление проволочки при нагревании увеличивается. Такой результат получается не только с железом, но и с со всеми другими металлами. При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается. У некоторых металлов это увеличение значительно: у чистых металлов при нагревании на 100 ^оС оно достигает 40-50%; у сплавов оно обычно бывает меньше. Есть специальные сплавы у которых сопротивление при повышении температуры практически не изменяется, к примеру константин, от латинского слова conatants – постоянный.

Если повторить опыт но с угольной палочкой, стеклом (стекло аморфная структура – жидкость), или электролитом, то их сопротивление будет уменьшаться. Сопротивление электролитов при повышении температуры уменьшается.

Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах, обычно в тех случаях, когда важно получить моментальные значения, в труднодоступных местах или при высоких или очень низких температурах, когда жидкостные термометры уже не применимы.

Приращение сопротивления проводника при его нагревании на 1 ^оС, разделенное на первоначальное сопротивление, называется температурным коэффициентом сопротивления и обычно обозначается буквой альфа . Вообще говоря температурный коэффициент сопротивления сам зависит от температуры. Величина имеет одно значение, например от 20 до 21 градуса, и другое от 200 до 201 градуса по Цельсию. Но во многих случаях температурный коэффициент в широком спектре температур практически не изменяется.

Таблица  значений температурного коэффициента в интервале от 0 до 100 ^оС.

Явление сверхпроводимости заключается в том, что при очень низких температурах, начиная с некоторой «критической» температуры, сопротивление многих металлов внезапно, скачком, падает до нуля. Критическая температура у всех материалов разная, но близка к абсолютному нулю, напоминаю что диффузия при абсолютном нуле не возможна, и колебания в узлах атомарной решетки практически не наблюдаются.

Теперь разберем, для чего используют резистор и резисторные элементы.

1.  Изменения уровня силы тока, а значит и напряжения в участке цепи.

2.  Освещения – электрическая лампочка

3.  Обогрева – обогреватели, чайники, утюги

4.  Изменения скорости электрических процессов в цепи. Конденсатор будет заряжается медленнее если в цепь включен резистор.