Калькулятор сопротивлений проводов
Движение электронов зависит от однородности вещества и его структуры, которые влияют на распределение
электронов в проводнике. При температурах жидкого гелия, которая равна (–273) градуса по Цельсию удельное
сопротивление металлов уменьшается почти до полного исчезновения. При таких условиях, возникает эффект
сверхпроводимости, структура металла не имеет тормозящего влияния на движение зарядов под действием
электрического поля. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро и является лучшим проводником.
Сопротивление металлического проводника прямо пропорционально его длине,
удельному сопротивлению и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.
ρ – удельное сопротивление (Ом × м),
L – длина проводника (м),
А – площадь поперечного сечения проводника (м2),
D – диаметр (м),
Расчёт сопротивлений проводов
Введите значение длины, материала а так же либо диаметр,
либо площадь поперечного сечения проводника
Справочные значения ρ-(удельного сопротивления) для основных металлов
Введите значения
Площадь поперечного сечения
А
Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом.
Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 29 января 2022 года; проверки требуют 6 правок.
| Электрическое сопротивление | |
|---|---|
 |
|
| Размерность |
L2MT −3I −2 (СИ); TL −1 (СГСЭ, гауссова система); LT −1 (СГСМ) |
| Единицы измерения | |
| СИ | Ом |
| СГСЭ | статом, с/см |
| СГСМ | абом, см/с |
| Классическая электродинамика |
|---|
 |
| Электричество · Магнетизм |
|
Электростатика Закон Кулона |
|
Магнитостатика Закон Био — Савара — Лапласа |
|
Электродинамика Векторный потенциал |
|
Электрическая цепь Закон Ома |
|
Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля |
| См. также: Портал:Физика |
Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему[1]
Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.
Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как
где
- R — сопротивление, Ом (Ω);
- U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, Вольт (В);
- I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, Ампер (А).
История[править | править код]
В 1826 г. Георг Ом экспериментальным путем открыл основной закон электрической цепи, научился вычислять сопротивление металлических проводников и вывел закон Ома. Таким образом, в первом периоде развития электротехники (1800 –1831 годы) были созданы предпосылки для ее развития, для последующих применений электрического тока.
Само понятие «сопротивление» появилось задолго до изысканий Георга Ома. Впервые этот термин применил и употребил русский ученый Василий Владимирович Петров. Он установил количественную зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника: он утверждал, что при использовании более толстой проволоки происходит «более сильное действие… и весьма скорое течение гальвани-вольтовской жидкости». Кроме того, Петров четко указал на то, что при увеличении сечения проводника (при употреблении одной и той же гальванической батареи) сила тока в нем возрастает.[2]
Единицы и размерности[править | править код]
Размерность электрического сопротивления в Международной системе величин: dim R = L2MT −3I −2. В Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин, единицей сопротивления является ом (русское обозначение: Ом; международное: Ω). В системе СГС как таковой единица сопротивления не имеет специального названия, однако в её расширениях (СГСЭ, СГСМ и гауссова система единиц) используются[3]:
- статом (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 statΩ = (109 c−2) с/см = 898 755 178 736,818 Ом (точно) ≈ 8,98755·1011 Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 статвольт течёт ток 1 статампер);
- абом (в СГСМ, 1 abΩ = 1·10−9 Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 абвольт течёт ток 1 абампер).
Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна TL−1 (то есть совпадает с размерностью обратной скорости, с/см), в СГСМ — LT−1 (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с)[4].
Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом−1), в системе СГСЭ (и гауссовой) статсименс и в СГСМ — абсименс[5].
Физика явления[править | править код]
Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.
В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.
Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:
где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м, l — длина проводника, м, а S — площадь сечения, м².
Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.
Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.
Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры (в некотором диапазоне) растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.
Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника[править | править код]
В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.
Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.
Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.
Из формулы
видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.
Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают σ.
Сопротивление тела человека[править | править код]
- Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Герц (Гц), сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм[6] . Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых, меняется во времени, в-третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.
- Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов. Сухая кожа обладает удельным сопротивлением порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В. Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц[7].
Метрологические аспекты[править | править код]
Приборы для измерения сопротивления[править | править код]
- Омметр
- Измерительный мост
- Амперметр и вольтметр (сопротивление находится по формуле)
Средства воспроизведения сопротивления[править | править код]
- Магазин сопротивлений — набор резисторов
- Катушки электрического сопротивления
Государственный эталон сопротивления[править | править код]
- ГЭТ 14-91 Государственный первичный эталон единицы электрического сопротивления. Институт-хранитель: ВНИИМ.
Статическое и динамическое сопротивление[править | править код]
В теории нелинейных цепей используются понятия статического и динамического сопротивлений. Статическим сопротивлением нелинейного элемента электрической цепи в заданной точке его ВАХ называют отношение напряжения на элементе к току в нем. Динамическим сопротивлением нелинейного элемента электрической цепи в заданной точке его ВАХ называют отношение бесконечно
малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока.
См. также[править | править код]
- Сверхпроводимость
- Закон Ома
- Закон Барлоу
- Удельное электрическое сопротивление
- Электрическая проводимость
- Отрицательное сопротивление
- Внутреннее сопротивление
- Импеданс
- Волновое сопротивление
- Активное сопротивление
- Реактивное сопротивление
Примечания[править | править код]
- ↑ Электрическое сопротивление — статья из Большой советской энциклопедии.
- ↑ Василий Петров – основоположник отечественной электротехники // /infourok.ru.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92nd Edition. — Ed. William M. Haynes. — 2011. — ISBN 978-1-4398-5511-9
- ↑ Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. — Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. — М.: Наука, 1968. — 939 с.
- ↑ Иногда в англоязычной литературе сименс называют mho («перевёрнутое» название обратной единицы ohm), соответственно для СГСЭ и СГСМ — statmho (=statsiemens) и abmho (=absiemens).
- ↑ 1 кОм в модели, принятой в стандарте IEEE Std 80 Архивная копия от 23 августа 2011 на Wayback Machine
- ↑ Новиков С. Г. Действие электрического тока на человека. Московский энергетический институт. Дата обращения: 2013-25-04. Архивировано из оригинала 19 июня 2014 года.
Ссылки[править | править код]
- Таблица удельного сопротивления проводников
- Электрическое сопротивление проводников
Литература[править | править код]
- В. Г. Герасимов, Э. В. Кузнецов, О. В. Николаева. Электротехника и электроника. Кн. 1. Электрические и магнитные цепи. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 288 с. — ISBN 5-283-05005-X.
Расчет сопротивления проводника
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 118.
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 118.
Сопротивление проводника ограничивает величину тока в электрической цепи. Чем больше величина сопротивление, тем меньше ток. Расчет сопротивления проводника можно произвести двумя способами: первый способ заключается в использовании формулы закона Ома, а второй вариант расчета подразумевает знание геометрических размеров проводника и удельного сопротивления вещества, из которого он сделан.
Почему проводник “сопротивляется”?
Напряжение U, поданное на концы проводника, создает внутри него электрическое поле, которое приводит в движение свободные электроны вещества. Электроны, получив дополнительную кинетическую энергию, начинают двигаться упорядоченно в одном направлении, создавая тем самым электрический ток цепи.
В процессе движения электроны сталкиваются с нейтральными и заряженными атомами, из которых стоит проводник, теряют энергию. Масса атома превосходит массу электрона в тысячи раз, поэтому их столкновение приводит к изменению направления движения электронов и потере скорости (“торможению”).
Таким образом возникает сопротивление протеканию (нарастанию) тока.
Расчет сопротивления с помощью закона Ома
Немецкий физик Георг Ом в 1826 г. обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I есть величина постоянная:
$ R={U over I}=const $ (1),
где:
U — напряжение, В;
I — сила тока, А;
R — сопротивление, Ом.
Эту величину стали называть электрическим сопротивлением. Пользуясь этой формулой, можно экспериментально определить величину неизвестного сопротивления.
Для этого амперметром измеряется величина электрического тока через сопротивление, а вольтметром — напряжение на участке цепи. Далее, применяя формулу (1), вычисляется значение R.
Единица измерения названа в честь Георга Ома. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:
$$ 1 Ом = { 1 Вover 1 A} $$
Расчет с помощью удельного сопротивления
Расчет сопротивления проводника можно произвести без измерения величин напряжения и тока. Но для этого необходимо знать дополнительную информацию о проводнике.
Георг Ом и другие исследователи опытным путем определили, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника L и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника S. Эту закономерность можно описать формулой расчета сопротивления проводника:
$ R = ρ *{ Lover S} $ (2)
Коэффициент ρ был назван удельным сопротивлением. Эта физическая величина отражает особенности конкретного вещества, которые зависят от плотности вещества, кристаллической структуры, строения атомов и других внутренних параметров. Расчет удельного сопротивления проводника производить каждый раз необязательно, так как для большинства веществ удельные сопротивления измерены и сведены в справочные таблицы, которые можно найти в бумажных справочниках или в их интернет-версиях.
Но если такая необходимость возникнет, то из формулы (2) можно получить следующую формулу (3), и по ней рассчитать ρ:
$ ρ = R*{ Sover L } $ (3)
Серебро имеет одно из самых низких значений ρ, равное $ 0,016 {Ом*мм^2over м} $. Этим объясняется использование такого довольно дорогого металла для пайки особенно важных радиодеталей (микросхем, микропроцессоров, электронных плат), которые должны как можно меньше нагреваться в процессе работы.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что расчет сопротивления проводника можно произвести двумя способами. Первый расчет проводится с помощью формулы закона Ома после измерения величин напряжения и тока. Для второго расчета необходима информация о геометрических размерах проводника и его удельном сопротивлении.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 118.
А какая ваша оценка?
На этой странице представлен самый простой онлайн калькулятор расчета сопротивления проводника по простой математической формуле в зависимости от длины, площади поперечного сечения и удельного сопротивления проводника. С помощью этой программы вы в пару кликов сможете рассчитать сопротивление проводника.
Вы так же можете воспользоваться калькулятором для расчета сечения кабеля по мощности и току.
Формула для расчета сопротивления провода: R=(ρ*l)/S
Где:
- R – сопротивление в Омах,
- ρ – удельное сопротивление,
- l – длина в м,
- S – площадь поперечного сечения провода в мм2.
Калькулятор расчета сопротивления проводника.
Всё что нужно знать о сопротивлении
Содержание
- 1 Электрический ток в разных веществах
- 2 Почему «сопротивляется» проводник
- 3 Закон Ома
- 4 Вторая формула
- 5 В чем измеряется
- 6 Зависимость сопротивления от температуры
- 7 Примеры сопротивлений
- 8 Средства измерения
- 9 Видео по теме
Электрический ток — это однонаправленное перемещение заряженных частиц в электрическом поле. Способность проводника ограничивать величину электротока характеризуется физической величиной, именуемой электрическим сопротивлением. Расчёт конкретного сопротивления выполняется либо по формуле закона Ома, либо используются зависимости, в которых в качестве исходных данных выступают физические параметры проводника (геометрические размеры, удельное сопротивление или проводимость).
Электрический ток в разных веществах
На рисунке ниже схематично представлена модель возникновения электрического тока в двух разных случаях:
- Ток вызван перемещением отрицательных зарядов («минусов») в электрическом поле Е.
- Ток образован движением положительных зарядов («плюсов») в электрическом поле Е.
При этом направлением электротока считается в обоих случаях направление, в котором двигаются положительные заряды.
В зависимости от количества (концентрации) заряженных частиц и преимущественного типа проводимости (плюс или минус) вещества и среды делятся на:
- Проводники (металлы, электролиты).
- Диэлектрики.
- Полупроводники.
- Газы, плазму.
- Вакуум.
Далее речь будет идти о том, что такое сопротивление, и как найти его величину на примере металлических проводников.
Почему «сопротивляется» проводник
Структура металлов представляет собой жесткую кристаллическую решётку, в узлах которой расположены массивные, положительно заряженные ионы. В межузловом пространстве имеется большое количество свободных электронов, оторвавшихся с крайних, валентных орбит. В отсутствии электрического поля этот «электронный газ» пребывает в хаотическом движении. Как только к проводнику прикладывается напряжение (разность потенциалов) в металле возникает электрополе, которое создаёт однонаправленный поток электронов.
Электроны, набрав некоторую скорость в электрическом поле, начинают двигаться в одном направлении, но при этом они сталкиваются на своём пути с крупными препятствиями — заряженными и нейтральными атомами, хаотично колеблющимися в узлах решётки. После столкновений электроны теряют часть кинетической энергии, то есть «тормозятся». Такова физика электрического сопротивления проводника, величина которого зависит от массы атомов конкретного вещества, структуры решётки, температуры.
Закон Ома
Выдающийся европейский учёный Георг Ом исследовал на разных металлах зависимость величины электротока от электронапряжения. В 1827 г. он сделал открытие, названное в его честь законом Ома, которое выражается формулой:
Из данной формулы можно вычислить омическое сопротивление:
Единица измерения сопротивления (Ом) была названа также в честь первооткрывателя закона.
Вторая формула
Чтобы воспользоваться формулой, необходимо изначально провести измерения электронапряжения и электротока с помощью небольшой экспериментальной установки, показанной на рисунке.
В ХIХ веке многочисленные измерения исследователей разных стран, пытавшихся понять от чего зависит сопротивление проводника, нашли следующие закономерности:
- R увеличивается, когда возрастает длина экспериментального образца, т. е. R∼ L (прямо пропорционально).
- Сопротивление проводников уменьшается при увеличении поперечной площади S металлического образца, т. е. R∼1/S обратно пропорционально).
- Поскольку сопротивления идентичных по размерам образцов разных металлов существенно отличались друг от друга, учёные ввели дополнительную физическую величину, которая обозначается буквой ρ и называется удельным электрическим сопротивлением.
Полученные в ходе экспериментов данные корректно описывала итоговая формула для вычисления сопротивления:
Ниже приведена таблица удельных сопротивлений широко используемых металлов.
В чем измеряется
Общепринятая в системе СИ единица сопротивления — Ом. Он является производной от единиц напряжения (вольт, В) и тока (ампер, А). Определение единицы измерения электрического сопротивления следующее: сопротивлением 1 Ом обладает проводник, через который протекает ток величиной 1 А, а напряжение при этом равно 1 В:
[1 Ом] = [1 В] / [1 А].
В электро- и радиотехнике чаще используются кратные единицы омического сопротивления.
При решении научных задач более удобной бывает величина обратная электрическому сопротивлению 1/R, названная электропроводностью. Размерности этой единицы присвоено наименование «сименс» (См): [1 См] = [1 Ом-1].
Из второй формулы электрического сопротивления можно найти чему равно ρ:
Проанализировав данное равенство, можно сделать вывод, что единица измерения удельного сопротивления имеет размерность Ом*м, поскольку L и S измеряются в метрах и метрах квадратных соответственно: [ρ] = [Ом * м].
Для практики такая единица, равная сопротивлению провода длиной 1 м и площадью сечения 1 кв. м оказалась не очень востребованной из-за чрезмерно больших значений. Для электротехнических расчётов была введена внесистемная единица Ом*мм2/м, для которой S выражена в квадратных миллиметрах. Удобство такой единицы легко оценить, если учесть, что типичные сечения кабелей и проводов находятся в диапазоне 1.0-15.0 кв. мм.
Зависимость сопротивления от температуры
Удельное сопротивление металлов увеличивается с ростом температуры прямо пропорционально. Такая зависимость хорошо описывается линейной функцией:
В справочниках значение ТКС обычно указывается для комнатной температуры 20 градусов. Сопротивление с ростом тока меняется в связи с выделением джоулева тепла, приводящего к нагреву проводника.
При уменьшении температуры ρ плавно уменьшается, но при достижении сверхнизких показателей < 30°K некоторые металлы и сплавы переходят в сверхпроводящее состояние, то есть, их удельное сопротивление падает до нуля. Качественно физический эффект объясняется тем, что тепловое движение атомов «замораживается», и электроны начинают двигаться беспрепятственно. Теория, объясняющая, что такое нулевое сопротивление проводника, требует привлечения аппарата квантовой физики. На рисунке ниже представлена зависимость ρ(Т). Точка Ткр — переход в сверхпроводимость.
Примеры сопротивлений
При проектировании и тиражировании электронных и электротехнических устройств в качестве пассивных элементов, способных предсказуемо ограничивать рабочий ток и рассеивать излишки электрической энергии, применяются произведённые заранее виды сопротивлений заданной величины, для которых используется термин «резистор» (от англ. resist — сопротивляться).
В качестве резистивной основы используют не чистые металлы, а сплавы, имеющие низкий ТКС, например, нихром — сплав никеля (Ni) и хрома (Cr). Кроме металлических (проволочных) производятся резисторы на базе других материалов:
- Углеродистые — состоят из смеси порошковой керамики с углеродом.
- Металлоплёночные — тонкая плёнка Ni-Cr размещается на керамике.
- Металлооксидные — на керамику наносится оксид олова (SnO2) с добавлением примеси оксида сурьмы (Sb2O5).
- Композиционные — на базе соединения графита с органическими или неорганическими добавками.
- Интегральные — формируются внутри монокристалла интегральной схемы с помощью слабого легирования.
Тип резистора можно узнать из маркировки, нанесённой на его поверхность.
Средства измерения
Найти неизвестное сопротивление цепи можно без применения математических расчётов гораздо быстрее и точнее, если вооружиться современными приборами, на цифровом или стрелочном табло которых отобразится искомое значение R. Существуют омметры и мультиметры. Первые — узкоспециализированные приборы, ориентированные на измерение сопротивления. Имеются аналоговые и цифровые версии омметров. В зависимости от диапазона предполагаемых измерений различают:
- Микроомметры.
- Миллиомметры.
- Мегаоомметры.
- Гигаомметры.
- Тераомметры.
Мультиметры — комбинированные приборы, способные измерять не только электрическое сопротивление проводника, но и величину электронапряжений и электротоков.
Таким образом, с помощью приборов можно без особого труда найти сопротивление проводника и та формула, для которой требуются данные о геометрических размерах проводника и величине удельного сопротивления не понадобится. Можно также снять вольт-амперную характеристику и воспользоваться законом Ома. С помощью современных электро-измерительных приборов (омметров, мультиметров) достаточно просто определяется сопротивление, если его обозначение отсутствует на резисторах или других радиоэлементах.
