La lección discutirá la dependencia de la corriente en un circuito del voltaje e introducirá el concepto de resistencia del conductor y la unidad de medida de la resistencia. Se considerarán las diferentes conductividades de las sustancias y las razones de su aparición y dependencia de la estructura. red cristalina sustancias.
Tema: Fenómenos electromagnéticos.
Lección: Resistencia eléctrica conductor. unidad de resistencia
Comencemos contando cómo llegamos a una cantidad física como la resistencia eléctrica. Al estudiar los principios de la electrostática, ya se discutió que varias sustancias tienen diferentes propiedades de conductividad, es decir, transmisión de partículas cargadas libres: los metales tienen buena conductividad, por eso se les llama conductores, la madera y los plásticos tienen una conductividad extremadamente pobre, por eso se les llama no conductores (dieléctricos). Estas propiedades se explican por las características. estructura molecular sustancias.
Los primeros experimentos para estudiar las propiedades de conductividad de sustancias fueron realizados por varios científicos, pero los experimentos del científico alemán Georg Ohm (1789-1854) pasaron a la historia (Fig. 1).
Los experimentos de Ohm fueron los siguientes. Usó una fuente de corriente, un dispositivo que podía registrar la corriente y varios conductores. Al conectar varios conductores al circuito eléctrico ensamblado, se convenció de la tendencia general: a medida que aumentaba el voltaje en el circuito, también aumentaba la corriente. Además, Ohm observó un fenómeno muy importante: al conectar diferentes conductores, la dependencia del aumento de la intensidad de la corriente con el aumento del voltaje se manifestaba de diferentes maneras. Estas dependencias se pueden representar gráficamente, como en la Figura 2.
Arroz. 2.
En el gráfico, el eje de abscisas muestra el voltaje y el eje de ordenadas muestra la intensidad de la corriente. Se trazan dos gráficos en el sistema de coordenadas, que demuestran que en diferentes circuitos la intensidad de la corriente puede aumentar a diferentes velocidades a medida que aumenta el voltaje.
Como resultado de sus experimentos, Georg Ohm concluye que diferentes conductores tienen diferentes propiedades de conductividad. Debido a esto, se introdujo el concepto de resistencia eléctrica.
Definición. Una cantidad física que caracteriza la propiedad de un conductor de influir en la corriente eléctrica que lo atraviesa se llama resistencia eléctrica.
Designación:R.
Unidad: Ohm.
Como resultado de los experimentos mencionados anteriormente, se encontró que la relación entre voltaje y corriente en un circuito depende no solo de la sustancia del conductor, sino también de su tamaño, lo cual se discutirá en una lección separada.
Analicemos con más detalle el surgimiento de un concepto como resistencia eléctrica. Hoy su naturaleza está bastante bien explicada. A medida que los electrones libres se mueven, interactúan constantemente con los iones que forman parte de la red cristalina. Por lo tanto, la desaceleración del movimiento de los electrones en una sustancia debido a colisiones con nodos (átomos) de la red cristalina provoca la manifestación de resistencia eléctrica.
Además de la resistencia eléctrica, se introduce otra magnitud relacionada: la conductividad eléctrica, que es recíproca a la resistencia.
Describamos las dependencias entre las cantidades que introdujimos en las últimas lecciones. Ya sabemos que a medida que aumenta el voltaje, también aumenta la corriente en el circuito, es decir, son proporcionales:
Por otro lado, a medida que aumenta la resistencia del conductor, se observa una disminución en la intensidad de la corriente, es decir, son inversamente proporcionales:
Los experimentos han demostrado que estas dos dependencias conducen a la siguiente fórmula:
Por tanto, de esto podemos obtener cómo se expresa 1 ohmio:
Definición. 1 ohmio es una resistencia en la que el voltaje en los extremos del conductor es de 1 V y la corriente que lo atraviesa es de 1 A.
La resistencia de 1 ohmio es muy pequeña, por lo que, por regla general, en la práctica se utilizan conductores con una resistencia mucho mayor: 1 kOhm, 1 Mohm, etc.
En conclusión, podemos concluir que la corriente, el voltaje y la resistencia son cantidades interrelacionadas que se influyen entre sí. Hablaremos de esto en detalle en la próxima lección.
Bibliografía
- Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Física 8 / ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A. V. Física 8. - M.: Avutarda, 2010.
- Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Física 8. - M.: Educación.
p adicionalenlaces recomendados a recursos de Internet
- Escuela de electricista ().
- Ingenieria Eléctrica ().
Tarea
- Página 99: preguntas nº 1 a 4, ejercicio nº 18. Peryshkin A. V. Física 8. - M.: Avutarda, 2010.
- Si el voltaje a través de la resistencia es de 8 V, la corriente es de 0,2 A. ¿A qué voltaje la corriente en la resistencia será de 0,3 A?
- Una bombilla eléctrica está conectada a una red de 220 V. ¿Cuál es la resistencia de la bombilla si, con el interruptor cerrado, el amperímetro conectado al circuito marca 0,25 A?
- Elaborar un informe sobre la biografía de la vida y los descubrimientos científicos de los científicos que sentaron las bases para el estudio de las leyes de la corriente continua.
La figura 33 muestra un circuito eléctrico que incluye un panel con diferentes conductores. Estos conductores se diferencian entre sí por el material, así como por la longitud y la sección transversal. Al conectar estos conductores uno por uno y observar las lecturas del amperímetro, puede notar que con la misma fuente de corriente, la intensidad de la corriente es diferentes casos resulta ser diferente. A medida que aumenta la longitud del conductor y disminuye su sección transversal, la intensidad de la corriente en él disminuye. También disminuye al reemplazar el alambre de níquel por alambre de la misma longitud y sección transversal, pero hecho de nicromo. Esto significa que diferentes conductores tienen diferente resistencia al flujo de corriente. Esta reacción surge debido a colisiones de portadores de corriente con partículas de materia opuestas.
Magnitud física que caracteriza la resistencia ejercida por el conductor. corriente eléctrica, denotado por la letra R y llamado resistencia eléctrica(o simplemente resistencia) conductor:
R - resistencia.
La unidad de resistencia se llama ohm(Ohm) en honor al científico alemán G. Ohm, quien introdujo por primera vez este concepto en la física. 1 ohmio es la resistencia de un conductor en el que, a un voltaje de 1 V, la intensidad de la corriente es 1 A. Con una resistencia de 2 ohmios, la intensidad de la corriente al mismo voltaje será 2 veces menor, con una resistencia de 3 Ohmios: 3 veces menos, etc.
En la práctica, existen otras unidades de resistencia, por ejemplo kiloohm (kOhm) y megaohm (MOhm):
1 kOhm = 1000 Ohm, 1 MOhm = 1000 LLC Ohm.
La resistencia de un conductor homogéneo de sección transversal constante depende del material del conductor, su longitud l y su área de sección transversal S y se puede encontrar mediante la fórmula
R = ρl/S (12.1)
donde ρ - resistividad sustancias, a partir del cual está hecho el conductor.
Resistividad las sustancias son cantidad física, que muestra qué resistencia tiene un conductor hecho de esta sustancia de longitud unitaria y área de sección transversal unitaria.
De la fórmula (12.1) se deduce que
Dado que la unidad SI de resistencia es 1 ohmio, la unidad de área es 1 m2 y la unidad de longitud es 1 m, entonces la unidad SI de resistividad es
1 ohmio · m 2 /m, o 1 ohmio · m.
En la práctica, el área de la sección transversal de cables delgados suele expresarse en milímetros cuadrados (mm2). En este caso, una unidad de resistividad más conveniente es Ohm mm 2 /m. Dado que 1 mm 2 = 0,000001 m 2, entonces
1 ohmio mm 2 /m = 0,000001 ohmio m.
Diferentes sustancias tienen diferentes resistividades. Algunos de ellos se muestran en la Tabla 3. 
Los valores indicados en esta tabla corresponden a una temperatura de 20 °C. (Con un cambio de temperatura, la resistencia de una sustancia cambia). Por ejemplo, la resistividad del hierro es 0,1 ohmios mm 2 /m. Esto significa que si un cable está hecho de hierro con un área de sección transversal de 1 mm 2 y una longitud de 1 m, a una temperatura de 20 ° C tendrá una resistencia de 0,1 ohmios.
En la Tabla 3 se puede ver que la plata y el cobre tienen la resistividad más baja. Esto significa que estos metales son los mejores conductores de electricidad.
De la misma tabla se desprende que, por el contrario, sustancias como la porcelana y la ebonita tienen una resistividad muy alta. Esto les permite ser utilizados como aislantes.
1. ¿Qué caracteriza y cómo se designa la resistencia eléctrica? 2. ¿Cuál es la fórmula para encontrar la resistencia de un conductor? 3. ¿Cómo se llama la unidad de resistencia? 4. ¿Qué indica la resistividad? ¿Qué letra representa? 5. ¿En qué unidades se mide la resistividad? 6. Hay dos conductores. Cuál tiene mayor resistencia si: a) tienen la misma longitud y área de sección transversal, pero uno de ellos es de constanten y el otro de fechral; b) hechos de la misma sustancia, tienen el mismo espesor, pero uno de ellos es 2 veces más largo que el otro; c) están hechos de la misma sustancia, tienen la misma longitud, pero uno de ellos es 2 veces más delgado que el otro? 7. Los conductores comentados en la pregunta anterior se conectan alternativamente a la misma fuente de corriente. ¿En qué caso la corriente será mayor y en cuál será menor? Haga una comparación para cada par de conductores bajo consideración.
cuando está cerrado circuito eléctrico, en cuyos terminales hay una diferencia de potencial, surge una corriente eléctrica. Los electrones libres, bajo la influencia de las fuerzas del campo eléctrico, se mueven a lo largo del conductor. En su movimiento, los electrones chocan con los átomos del conductor y les proporcionan un suministro de su energía cinética. La velocidad de los electrones cambia continuamente: cuando los electrones chocan con átomos, moléculas y otros electrones, disminuye, luego bajo la influencia. campo eléctrico aumenta y disminuye nuevamente con una nueva colisión. Como resultado, se establece un flujo uniforme de electrones en el conductor a una velocidad de varias fracciones de centímetro por segundo. En consecuencia, los electrones que pasan a través de un conductor siempre encuentran resistencia a su movimiento desde su lado. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un conductor, este último se calienta.
Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica de un conductor, que se denomina letra latina r, es la propiedad de un cuerpo o medio de convertir la energía eléctrica en energía térmica cuando una corriente eléctrica lo atraviesa.
En los diagramas, la resistencia eléctrica se indica como se muestra en la Figura 1, A.
La resistencia eléctrica variable, que sirve para cambiar la corriente en un circuito, se llama reóstato. En los diagramas, los reóstatos se designan como se muestra en la Figura 1, b. EN vista general Un reóstato está hecho de un cable de una resistencia particular, enrollado sobre una base aislante. La palanca deslizante o reóstato se coloca en una posición determinada, como resultado de lo cual se introduce la resistencia requerida en el circuito.
Un conductor largo con una sección transversal pequeña crea una gran resistencia a la corriente. Los conductores cortos con una gran sección transversal ofrecen poca resistencia a la corriente.
Si toma dos conductores de diferentes materiales, pero de la misma longitud y sección transversal, entonces los conductores conducirán la corriente de manera diferente. Esto muestra que la resistencia de un conductor depende del material del propio conductor.
La temperatura del conductor también afecta su resistencia. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia de los metales y disminuye la resistencia de los líquidos y el carbón. Sólo algunas aleaciones metálicas especiales (manganina, constanten, níquel y otras) apenas cambian su resistencia al aumentar la temperatura.
Entonces, vemos que la resistencia eléctrica de un conductor depende de: 1) la longitud del conductor, 2) la sección transversal del conductor, 3) el material del conductor, 4) la temperatura del conductor.
La unidad de resistencia es un ohmio. Om suele representarse con la letra mayúscula griega Ω (omega). Por lo tanto, en lugar de escribir “La resistencia del conductor es de 15 ohmios”, simplemente puedes escribir: r= 15 Ω.
1000 ohmios se llaman 1 kiloohmio(1 kOhmio o 1 kΩ),
1.000.000 ohmios se llama 1 megaohmio(1 mOhmio o 1 MΩ).
Al comparar la resistencia de conductores de diferentes materiales, es necesario tomar una determinada longitud y sección para cada muestra. Entonces podremos juzgar qué material conduce mejor o peor la corriente eléctrica.
Vídeo 1. Resistencia del conductor
Resistividad electrica
La resistencia en ohmios de un conductor de 1 m de largo y 1 mm² de sección se llama resistividad y se denota con la letra griega ρ (ro).
La Tabla 1 muestra las resistividades de algunos conductores.
tabla 1
Resistividades de varios conductores.
La tabla muestra que un alambre de hierro con una longitud de 1 my una sección transversal de 1 mm² tiene una resistencia de 0,13 ohmios. Para obtener 1 ohmio de resistencia, es necesario tomar 7,7 m de dicho cable. La plata tiene la resistividad más baja. Se puede obtener 1 ohmio de resistencia tomando 62,5 m de cable de plata con una sección transversal de 1 mm². La plata es el mejor conductor, pero el costo de la plata excluye la posibilidad de su uso masivo. Después de la plata en la tabla viene el cobre: 1 m de alambre de cobre con una sección transversal de 1 mm² tiene una resistencia de 0,0175 ohmios. Para obtener una resistencia de 1 ohmio, debe tomar 57 m de dicho cable.
El cobre químicamente puro, obtenido mediante refinación, ha encontrado un uso generalizado en ingeniería eléctrica para la fabricación de alambres, cables y devanados de máquinas y dispositivos eléctricos. El aluminio y el hierro también se utilizan mucho como conductores.
La resistencia del conductor se puede determinar mediante la fórmula:
Dónde r– resistencia del conductor en ohmios; ρ – resistencia específica del conductor; yo– longitud del conductor en m; S– sección del conductor en mm².
Ejemplo 1. Determine la resistencia de 200 m de alambre de hierro con una sección transversal de 5 mm².
Ejemplo 2. Calcule la resistencia de 2 km de alambre de aluminio con una sección transversal de 2,5 mm².
A partir de la fórmula de resistencia se puede determinar fácilmente la longitud, resistividad y sección transversal del conductor.
Ejemplo 3. Para un receptor de radio, es necesario enrollar una resistencia de 30 ohmios con un cable de níquel con una sección transversal de 0,21 mm². Determine la longitud de cable requerida.
Ejemplo 4. Determine la sección transversal de 20 m de alambre de nicrom si su resistencia es de 25 ohmios.
Ejemplo 5. Un cable con una sección transversal de 0,5 mm² y una longitud de 40 m tiene una resistencia de 16 ohmios. Determine el material del alambre.
El material del conductor caracteriza su resistividad.
Según la tabla de resistividad, encontramos que el plomo tiene esta resistencia.
Ya se dijo anteriormente que la resistencia de los conductores depende de la temperatura. Hagamos el siguiente experimento. Enrollemos varios metros de alambre metálico fino en forma de espiral y conectemos esta espiral al circuito de la batería. Para medir la corriente, conectamos un amperímetro al circuito. Cuando la bobina se calienta en la llama del quemador, notará que las lecturas del amperímetro disminuirán. Esto muestra que la resistencia de un alambre metálico aumenta con el calentamiento.
Para algunos metales, cuando se calientan a 100°, la resistencia aumenta entre un 40 y un 50%. Hay aleaciones que cambian ligeramente su resistencia con el calentamiento. Algunas aleaciones especiales prácticamente no muestran cambios en la resistencia cuando cambia la temperatura. La resistencia de los conductores metálicos aumenta al aumentar la temperatura, la resistencia de los electrolitos (conductores líquidos), el carbón y algunos sólidos, por el contrario, disminuye.
La capacidad de los metales para cambiar su resistencia con los cambios de temperatura se utiliza para construir termómetros de resistencia. Este termómetro es un alambre de platino enrollado sobre un marco de mica. Colocando un termómetro, por ejemplo, en un horno y midiendo la resistencia del alambre de platino antes y después del calentamiento, se puede determinar la temperatura en el horno.
El cambio en la resistencia de un conductor cuando se calienta por 1 ohmio de resistencia inicial y por 1° de temperatura se llama coeficiente de temperatura de resistencia y se denota con la letra α.
si a temperatura t 0 resistencia del conductor es r 0 , y a temperatura t es igual rt, entonces el coeficiente de temperatura de resistencia
Nota. El cálculo utilizando esta fórmula sólo se puede realizar en un determinado rango de temperatura (hasta aproximadamente 200 °C).
Presentamos los valores del coeficiente de temperatura de resistencia α para algunos metales (Tabla 2).
Tabla 2
Valores del coeficiente de temperatura para algunos metales.
A partir de la fórmula para el coeficiente de temperatura de resistencia determinamos rt:
rt = r 0 .
Ejemplo 6. Determine la resistencia de un alambre de hierro calentado a 200°C si su resistencia a 0°C era de 100 ohmios.
rt = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmios.
Ejemplo 7. Un termómetro de resistencia hecho de alambre de platino tenía una resistencia de 20 ohmios en una habitación a 15°C. Se colocó el termómetro en el horno y después de un tiempo se midió su resistencia. Resultó ser igual a 29,6 ohmios. Determinar la temperatura en el horno.
Conductividad eléctrica
Hasta ahora hemos considerado la resistencia de un conductor como el obstáculo que éste proporciona a la corriente eléctrica. Pero aún así, la corriente fluye a través del conductor. Por tanto, además de resistencia (obstáculo), el conductor también tiene la capacidad de conducir corriente eléctrica, es decir, conductividad.
Cuanta más resistencia tiene un conductor, menos conductividad tiene, peor conduce la corriente eléctrica y, a la inversa, cuanto menor es la resistencia de un conductor, cuanto más conductividad tiene, más fácil es que la corriente pase a través del conductor. Por tanto, la resistencia y la conductividad de un conductor son cantidades recíprocas.
De las matemáticas se sabe que la inversa de 5 es 1/5 y, a la inversa, la inversa de 1/7 es 7. Por tanto, si la resistencia de un conductor se denota con la letra r, entonces la conductividad se define como 1/ r. La conductividad suele simbolizarse con la letra g.
La conductividad eléctrica se mide en (1/Ohm) o en siemens.
Ejemplo 8. La resistencia del conductor es de 20 ohmios. Determine su conductividad.
Si r= 20 ohmios, entonces
Ejemplo 9. La conductividad del conductor es 0,1 (1/Ohm). Determinar su resistencia.
Si g = 0,1 (1/Ohm), entonces r= 1 / 0,1 = 10 (Ohmios)
>>Física: Resistencia eléctrica
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Electricidad(I) es el movimiento ordenado de partículas cargadas. El primer pensamiento que me viene a la mente en un curso de física escolar es el movimiento de los electrones. Indudablemente. Sin embargo, no sólo ellos pueden transportar carga eléctrica, sino también, por ejemplo, iones que determinan la aparición de corriente eléctrica en líquidos y gases.
También me gustaría advertir que no se debe comparar la corriente con el agua que fluye a través de una manguera. (Aunque al considerar la Ley de Kirchhoff, tal analogía sería apropiada). Si cada partícula específica de agua recorre su camino de principio a fin, entonces el portador de corriente eléctrica no lo hace. Si realmente necesita claridad, le daría un ejemplo de un autobús lleno de gente, cuando en una parada alguien que se mete por la puerta trasera hace que un pasajero menos afortunado se caiga por la puerta delantera.
Las condiciones para la aparición y existencia de la corriente eléctrica son:
- Disponibilidad de transportistas gratuitos
- La presencia de un campo eléctrico que crea y mantiene una corriente.
Campo eléctrico- este es un tipo de materia que existe alrededor de cuerpos cargados eléctricamente y ejerce una fuerza sobre ellos. Nuevamente, volviendo a lo que sabíamos en la escuela, “las cargas similares se repelen y las cargas diferentes se atraen”, podemos imaginar el campo eléctrico como algo que transmite este efecto. Este campo, como cualquier otro, no se puede sentir directamente, pero existe. característica cuantitativa - intensidad del campo eléctrico.
Existen muchas fórmulas que describen la relación del campo eléctrico con otras cantidades y parámetros eléctricos. Me limitaré a uno, reducido a una primitiva: E=Δφ.
- E es la intensidad del campo eléctrico. En general, esta es una cantidad vectorial, pero simplifiqué todo a un escalar.
- Δφ=φ1-φ2 - diferencia de potencial (Figura 1).
Dado que la condición para la existencia de corriente es la presencia de un campo eléctrico, entonces éste (el campo) debe crearse de alguna manera. Los conocidos experimentos de electrificar un peine, frotar una barra de ebonita con un paño y girar el mango de una máquina electrostática son, por razones obvias, inaceptables en la práctica.
Por ello, se inventaron unos dispositivos que eran capaces de proporcionar una diferencia de potencial debida a fuerzas de origen no electrostático (una de ellas es la conocida batería), llamados fuente de fuerza electromotriz (EMF), que se denota de la siguiente manera: ε.
El significado físico de EMF está determinado por el trabajo que realizan las fuerzas externas al mover una unidad de carga, pero para tener una idea inicial de qué son la corriente eléctrica, el voltaje y la resistencia, no necesitamos una consideración detallada de estos procesos en su totalidad. y otras formas igualmente complejas.
Voltaje(U).
Me niego rotundamente a seguir molestándolos con cálculos puramente teóricos y dar la definición de voltaje como la diferencia de potencial en una sección del circuito: U=Δφ=φ1-φ2, y para un circuito cerrado consideraremos el voltaje igual a FEM fuente actual: U=ε.
Esto no es del todo correcto, pero en la práctica es suficiente.
Resistencia(R) - el nombre habla por sí solo - cantidad física que caracteriza la resistencia de un conductor a la corriente eléctrica. Fórmula que determina la relación entre voltaje, corriente y resistencia. llamado Ley de Ohm. Esta ley se analiza en una página separada de esta sección. Además, la resistencia depende de varios factores, como el material del conductor. Estos datos de referencia se dan en forma de valores de resistividad ρ, definidos como resistencia 1 metro conductor/sección. Cuanto menor sea la resistividad, mayor menos perdida corriente en el conductor. En consecuencia, la resistencia de un conductor con longitud L y área de sección transversal S será R=ρ*L/S.
De la fórmula anterior se desprende inmediatamente que la resistencia del conductor también depende de su longitud y sección transversal. La temperatura también afecta la resistencia.
Algunas palabras sobre unidades corriente, voltaje, resistencia. Las unidades básicas de medida para estas cantidades son las siguientes:
Corriente - Amperio (A)
Voltaje - Voltios (V)
Resistencia - Ohmios (Ohmios).
Estas unidades de medida del Sistema Internacional (SI) no siempre son convenientes. En la práctica se utilizan derivados (miliamperios, kiloohmios, etc.). Al realizar cálculos, se deben tener en cuenta las dimensiones de todas las cantidades contenidas en la fórmula. Entonces, si multiplicas los amperios por kiloohmios en la ley de Ohm, entonces el voltaje que obtendrás no será en absoluto voltios.
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