Закон Ома и сопротивление проводников

 

 Закон Ома

Поток электронов, движущихся от точки, имеющей отрицательный потенциал, к точке с положительным потенциалом, встречает на своем пути различного рода сопротивления. Сопротивлением обладает даже электрический проводник, не говоря уже о специальных элементах – резисторах, предназначенных для создания в электрических схемах требуемых величин сопротивлений. В местах соединения проводников также может возникать дополнительное сопротивление. Итак, следует запомнить, что любое сопротивление имеет свойство ограничивать электрический ток.

Значение силы тока, который протекает через резистор, зависит от его сопротивления и разности потенциалов между его выводами, рис 1.

 Закон Ома и сопротивление проводников

Рис. 1. Резистор в цепи постоянного тока

Сила тока, протекающего через резистор R1, равна:

Закон Ома и сопротивление проводников

где

  I – сила тока, измеряющаяся в амперах [А];

  U – напряжение на резисторе, измеряющееся в вольтах [В];

  R – сопротивление резистора, измеряющееся в Омах [Ом];

Приведенная зависимость называется законом Ома для участка цепи. Это выражение было получено опытным путем еще в первой половине XIX века. Закон Ома для участка цепи формулируется  так: сила тока I, которые протекает на участке цепи, прямо пропорционален напряжению U, которое приложено к этому участку  цепи, и обратно пропорционален сопротивлению проводника R.

При прохождении  тока по проводнику свободные электроны, в процессе перемещения под воздействием электрического поля, на своем пути сталкиваются с атомами проводника и тормозятся, т.е. проводник создает сопротивление для свободного прохождения тока, это и называют сопротивлением провода.  Из закона Ома для участка цепи следует, что величина электрического сопротивления равна отношению падения напряжения на нем к величине тока, протекающего через этот резистор:

Закон Ома и сопротивление проводников

Сопротивление в 1 Ом имеет провод, по которому протекает ток с значением  1 А при напряжении 1 В. Зачастую при больших сопротивлениях применяются краткие единицы:  кОм=103 Ом и  1 МОм=106 Ом.

С другой стороны, если через резистор сопротивлением R протекает ток I, то на этом резисторе падает напряжение: U = I•R.

Обратная сопротивлению величина - проводимость:

 Закон Ома и сопротивление проводников

Проводимость имеет размерность Сименс (См):

 [g] = 1/Ом = См.

 

Удельное сопротивление

 

Величина, обратная удельной проводимости - удельное сопротивление:

 Закон Ома и сопротивление проводников

Выразим удельную проводимость через удельное сопротивление:

 Закон Ома и сопротивление проводников

Из (5) видно, что значение сопротивления проводника зависит от его собственной длины l,  удельного сопротивления р (зависящее от материала и температуры провода) и площади поперечного сечения S.

Так как из выражения (5)

   Закон Ома и сопротивление проводников

то удельное сопротивление равно сопротивлению R, в том случае если длина l и поперечное сечение S имеют единичные значения; иными словами, удельное сопротивление это сопротивление проводника единичного объема.

Из выражений (1) и (5) следует, что U=IR=Ipl/S. Единица удельного сопротивления в системе СИ:

 Закон Ома и сопротивление проводников

В диэлектриках, обладающих огромным удельным сопротивлением, ток проходящий через толщу (объем) материала называют объемный ток IV, и он  эквивалентен току, который проходит по поверхности диэлектрика, то есть поверхностному току IS. В соответствии с этим возникает два понятия — объемное сопротивление и поверхностное сопротивление

Объемный ток в диэлектрике

 Закон Ома и сопротивление проводников

Под удельным объемным сопротивлением понимают величину, равную сопротивлению диэлектрика, который имеет сечение S=1 см2  и длину  l= 1см. Единица объемного удельного сопротивления Ом×см, что следует из выражения

Закон Ома и сопротивление проводников 

при этом 1 Ом×м — 100 Ом×см. Большинство диэлектриков обладает объёмным  удельным сопротивлением, которое лежит в пределах  10-10 – 10-20 Ом×см. Поверхностный ток равен

 Закон Ома и сопротивление проводников

Под удельным поверхностным сопротивлением диэлектрика понимают величину, которая численно равна сопротивлению поверхности с шириной d=1 см и длиной l=1 см. Единица удельного поверхностного сопротивления - Ом, это следует из выражения

Закон Ома и сопротивление проводников

EXMO affiliate program
 

Если статья вам понравилась, вы можете отблагодарить автора нажав на кнопку социальной сети