התנגדות חשמלית של חוטים

הרעיון של התנגדות חשמלית ומוליכות

לכל גוף שדרכו זורם זרם חשמלי יש התנגדות מסוימת אליו. התכונה של חומר מוליך למנוע מעבר זרם חשמלי דרכו נקראת התנגדות חשמלית.

התיאוריה האלקטרונית מסבירה את אופי ההתנגדות החשמלית של מוליכים מתכתיים בדרך זו. אלקטרונים חופשיים, כאשר הם נעים לאורך חוט, נתקלים בדרכם באטומים ואלקטרונים אחרים בדרכם אינספור פעמים, ובאינטראקציה איתם, מאבדים בהכרח חלק מהאנרגיה שלהם. אלקטרונים חווים התנגדות לתנועתם בכל מקרה. למוליכי מתכת שונים עם מבנים אטומיים שונים יש התנגדות שונה לזרם חשמלי.

בדיוק אותו הדבר מסביר את ההתנגדות של מוליכים נוזלים וגזים למעבר זרם חשמלי. עם זאת, אסור לשכוח שבחומרים אלה, לא אלקטרונים, אלא חלקיקים טעונים של מולקולות נתקלים בהתנגדות במהלך תנועתם.

התנגדות מסומנת באותיות הלטיניות R או r.

האוהם נלקח כיחידת ההתנגדות החשמלית.

אוהם היא ההתנגדות של עמוד כספית בגובה 106.3 ס"מ עם חתך רוחב של 1 מ"מ בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס.

אם, למשל, ההתנגדות החשמלית של החוט היא 4 אוהם, אז זה כתוב כך: R = 4 אוהם או r = 4 th.

למדידת התנגדויות בעלות ערך גדול, מאמצים יחידה הנקראת מגוהם.

מגוהם אחד שווה למיליון אוהם.

ככל שההתנגדות של החוט גדולה יותר, כך הוא מוליך זרם חשמלי גרוע יותר, ולהפך, ככל שההתנגדות של החוט נמוכה יותר, כך קל יותר לזרם החשמל לעבור דרך החוט הזה.

לכן, עבור המאפיינים של מוליך (מנקודת המבט של מעבר זרם חשמלי דרכו), אפשר לקחת בחשבון לא רק את ההתנגדות שלו, אלא גם את הערך ההפוך של ההתנגדות הנקרא מוליכות.

מוליכות חשמלית נקראת היכולת של חומר להעביר זרם חשמלי דרכו.

מכיוון שמוליכות היא ההדדיות של ההתנגדות, היא מבוטאת כ-1 /R, מוליכות מסומנת באות הלטינית g.

השפעת החומר של המוליך, מידותיו וטמפרטורת הסביבה על ערך ההתנגדות החשמלית

ההתנגדות של חוטים שונים תלויה בחומר ממנו הם עשויים. כדי לאפיין את ההתנגדות החשמלית של חומרים שונים, הרעיון של מה שנקרא הִתנַגְדוּת.

התנגדות נקראת התנגדות של חוט באורך של 1 מ' ושטח חתך של 1 מ"מ. התנגדות מסומנת באות היוונית r. לכל חומר שממנו עשוי מוליך יש התנגדות ספציפית משלו.

לדוגמה, ההתנגדות של נחושת היא 0.017, כלומר לחוט נחושת באורך של 1 מ' וחתך רוחב של 1 מ"מ יש התנגדות של 0.017 אוהם. ההתנגדות של אלומיניום היא 0.03, ההתנגדות של ברזל היא 0.12, ההתנגדות של konstantan היא 0.48, וההתנגדות של nichrome היא 1-1.1.

קרא עוד על זה כאן: מהי התנגדות חשמלית?

ההתנגדות של חוט עומדת ביחס ישר לאורכו, כלומר ככל שהחוט ארוך יותר, כך ההתנגדות החשמלית שלו גדולה יותר.

ההתנגדות של חוט היא ביחס הפוך לשטח החתך שלו, כלומר, ככל שהחוט עבה יותר, ההתנגדות שלו נמוכה יותר, ולהפך, ככל שהחוט דק יותר, ההתנגדות שלו גבוהה יותר.

כדי להבין טוב יותר את הקשר הזה, דמיינו שני זוגות של כלי תקשורת, לזוג אחד של כלי יש צינור חיבור דק והשני עבה. ברור שכאשר אחד מהכלים (כל זוג) מתמלא במים, העברתו לכלי אחר דרך צינור עבה תתבצע הרבה יותר מהר מאשר דרך דק, כלומר. לצינור עבה תהיה פחות התנגדות לזרימת המים. באופן דומה, קל יותר לזרם חשמלי לעבור דרך חוט עבה מאשר דרך חוט דק, כלומר, לראשון יש פחות התנגדות מאשר לאחרון.

ההתנגדות החשמלית של מוליך שווה להתנגדות הספציפית של החומר שממנו עשוי המוליך הזה, כפול באורך המוליך ומחולק בשטח של שטח החתך של מנצח:

R = p l/S,

כאשר - R - התנגדות החוט, אוהם, l - אורך החוט ב-m, C - שטח חתך של החוט, mm2.

שטח חתך של חוט עגול מחושב לפי הנוסחה:

S = Pi xd2 / 4

כאשר Pi הוא ערך קבוע השווה ל-3.14; d - קוטר החוט.

וכך נקבע אורך החוט:

l = S R / p,

נוסחה זו מאפשרת לקבוע את אורך החוט, חתך הרוחב וההתנגדות שלו, אם שאר הכמויות הכלולות בנוסחה ידועות.

אם יש צורך לקבוע את שטח החתך של החוט, אז הנוסחה מובילה לצורה הבאה:

S = p l / R

בהפיכת אותה נוסחה ופתרון השוויון במונחים של p, נמצא את ההתנגדות של החוט:

R = R S / l

יש להשתמש בנוסחה האחרונה במקרים בהם ההתנגדות והממדים של המוליך ידועים, אך החומר שלו אינו ידוע, ויתרה מכך קשה לקבוע לפי המראה שלו. כדי לעשות זאת, יש צורך לקבוע את ההתנגדות של החוט, באמצעות הטבלה, למצוא חומר עם התנגדות כזו.

גורם נוסף המשפיע על התנגדות החוטים הוא הטמפרטורה.

נקבע כי עם עלייה בטמפרטורה, ההתנגדות של חוטי מתכת עולה, ועם ירידה היא יורדת. עלייה או ירידה זו בהתנגדות עבור מוליכים מתכת טהורה היא כמעט זהה ועומדת על 0.4% בממוצע ל-1 מעלות צלזיוס... ההתנגדות של מוליכים נוזליים ופחם יורדת עם עליית הטמפרטורה.

התיאוריה האלקטרונית של מבנה החומר נותנת את ההסבר הבא לעלייה בהתנגדות של מוליכים מתכתיים עם עליית הטמפרטורה.כאשר מחומם, המוליך מקבל אנרגיה תרמית, אשר מועברת בהכרח לכל האטומים של החומר, וכתוצאה מכך עוצמת תנועתם עולה. התנועה המוגברת של האטומים יוצרת התנגדות גדולה יותר לתנועה מכוונת של אלקטרונים חופשיים, וזו הסיבה שההתנגדות של המוליך עולה. ככל שהטמפרטורה יורדת, נוצרים תנאים טובים יותר לתנועה כיוונית של אלקטרונים והתנגדות המוליך יורדת. זה מסביר תופעה מעניינת - מוליכות-על של מתכות.

מוליכות-על הפחתת ההתנגדות של מתכות לאפס מתרחשת בטמפרטורה שלילית ענקית -273°° מה שנקרא אפס מוחלט. בטמפרטורה של אפס מוחלט, נראה כי אטומי מתכת קופאים במקומם, ללא הפרעה לחלוטין מתנועת האלקטרונים.