Bir elektrik devresindeki akımın gücü, Ohm yasasına göre iki gösterge ile belirlenir: devrenin voltajı ve iletkenin direnci. Son gösterge hakkında daha ayrıntılı konuşalım.
Bir iletkenin elektriksel direnci, bir maddenin kendi içindeki yüklü parçacıkların hızını yavaşlatma yeteneğini karakterize eden ve aynı zamanda bir akımın etkisi altındayken elektrik enerjisini ısıya dönüştürme yeteneğini nicel olarak gösteren fiziksel bir niceliktir. Birim Ohm olarak belirlenmiştir, uluslararası sisteme dahil edilmiştir.
İletkenlerin direncini fiziksel yasalara göre bulabilirsiniz. Böyle bir yasa, Ohm Yasasıdır. Formüller sabit için farklı olacaktır ve alternatif akım. Bu göstergeyi hesaplamanın en kolay yolu, doğru akımlı bir devre bölümü içindir.
Bunun karşılığı, Siemens'te ölçülen elektriksel iletkenlik olarak adlandırılır.
Direnç, malzemede hem akımın etkisi altında hareket eden elektronların hem de sabit yükler ve nötronların bulunması nedeniyle ortaya çıkar. Gerilimin etkisi altında kaotik termal harekete geçerler - ısıtma başlar. Devre bir akım kaynağına bağlandığında elektronlar hareket etmeye başlar ancak hızlanmazlar ancak diğer parçacıkların direncinden dolayı hızlarını sabit tutarlar. Motor enerjisinin bir kısmı iç enerjiye dönüştürülür ve sonuç olarak sıcaklığı artar. Bir iletkenin direncini ne belirler?
Doğal olarak değeri, iletkenin hangi malzemeden yapıldığına bağlı olacaktır. Ayrıca bu değer, uzunluğu ve kesit alanından etkilenir. Hesaplama formülü şöyle görünür:
Kesit alanı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
özdirenç
İletkenin direnci ile maddenin doğası arasındaki ilişkinin yansıması - direnç iletken ρ. Bu gösterge, bir metre kare kesitli bir metre iletken tarafından sağlanan dirence eşittir. Farklı maddeler için - farklıdır. Birim bir ohm metredir (ohm m ile gösterilir).
Hesaplamalar sırasında iletkenin direncini bağımsız olarak belirlemek gerekli değildir. Değerleri kitaplarda ve problem kitaplarında bulunan referans tablolarında verilmiştir. En düşük değerler altın, gümüş, bakır, pirinç içindir.
Bu değerin aşağıdaki özelliklere bağlı olduğuna dikkat edilmelidir: içindeki serbest elektronların sayısı ve kristal kafes iyonları üzerindeki saçılma oranları, kusurları ve safsızlıkları.
Yukarıdaki formüle göre elektrik direncinin neye bağlı olduğunu bulduk. Ancak bu miktarın bir özelliği daha var - bir iletken için sıcaklığa bağlı değeri de doğrudan bağlıdır. İletken ısıtıldığında artar, değer %50'ye kadar yükselebilir. Ancak elektrolitler için, aksine, sıcaklıklarındaki artışla azalır. Her zaman sabit bir değere sahip olan alaşımlar vardır. Sıcaklığa bağımlılık, Kelvin cinsinden eksi birinci dereceye kadar ölçülen (K-1 ile gösterilir) sıcaklık direnci katsayısını karakterize eder.
Direnç ölçümü
Bir iletkenin elektrik direnci, bir ohmmetre veya multimetre kullanılarak ölçülür. Multimetre, bir elektrik devresinin çeşitli özelliklerini belirleyebilir. Mevcut Farklı yollarölçümler. Bunlardan herhangi birinde dikkate alınması gereken genel ilkeler, daha doğru bir ölçüm için devrenin gerilime bağlı olmaması, ancak devrenin ayrı bir elemanını ölçmek için ondan çıkarılması gerektiği gerçeğini içerir. Ölçümler için cihaza paralel olarak bir ohmmetre bağlanır. DC ve AC devrelerinde ölçüm yapmak için cihazlar bulunmaktadır.
Özel bir cihaz - bir reostat kullanarak devrenin parametrelerinde bir değişiklik elde edebilirsiniz. İstenilen değeri hem keskin hem de sorunsuz bir şekilde ayarlamanıza izin verecek şekilde tasarlanmıştır. Var Farklı çeşit reostatlar - tel, kaydırıcı, sıvı, lamba. Laboratuvar çalışmalarında basit bir kaydırıcı cihaz kullanılır. Ayrıca değişken, ayarlama ve ayarlama olarak sınıflandırılabilirler. Reostalar birçok ürünün vazgeçilmez bir unsurudur. elektrik ağları ve enstrümanların bir parçası.
Reostat kaydırıcı, devredeki telin uzunluğunu ve buna bağlı olarak direncini değiştirir.
İletken malzemeleri
Direncin ne olduğunu inceledik, şimdi konunun pratik yönü hakkında birkaç söz söylemekte fayda var. Özellikle, günlük yaşamda iletken olarak en çok hangi metallerin kullanıldığı. En yaygın olanları bakır ve alüminyumdur, avantajları düşük dirençli olmaları, korozyona dayanıklı olmaları ve işlenmesinin kolay olmasıdır. Çelik de oldukça sık kullanılır, ancak korozyondan korunması gerekir, bunun için demir galvanizlenir. Astronotik ve yüksek teknolojide iletkenler, altın gibi minimum dirençli değerli metallerden yapılır. Isıtma cihazlarında ise tam tersine yüksek olması gerektiği için nikel ve krom alaşımları kullanılmaktadır. Endüstride, dikkate alınan miktarın farklı değerlerine sahip ve dış etkilere dayanıklı yeni alaşımların oluşturulmasına çok dikkat edilir.
Bir iletkenin direnci, iletkenin yapıldığı malzemeye olduğu kadar, boyutuna ve şekline de bağlıdır.
Homojen bir lineer iletken için direnç R, uzunluğu ℓ ile doğru orantılı ve kesit alanı S ile ters orantılıdır:
burada ρ, iletkenin malzemesini karakterize eden spesifik elektrik direncidir.
§ 13.4 İletkenlerin paralel ve seri bağlantısı
saat iletkenlerin seri bağlantısı
a 
) devrenin tüm bölümlerindeki akım gücü aynıdır, yani. 
b) devredeki toplam voltaj, kendi bölümlerindeki voltajların toplamına eşittir:
c) Devrenin toplam direnci, tek tek iletkenlerin dirençlerinin toplamına eşittir:
veya 
(13.23)
saat iletkenlerin paralel bağlantısı aşağıdaki üç yasa geçerlidir:
a) devredeki toplam akım, tek tek iletkenlerdeki akımların toplamına eşittir:
b) Devrenin tüm paralel bağlı bölümlerindeki voltaj aynıdır:
c) Devrenin toplam direncinin karşılığı, iletkenlerin her birinin ayrı ayrı direncinin karşılıklarının toplamına eşittir:
veya 
(13.24)
§ 13.5 Dallanmış elektrik devreleri. Kirchhoff kuralları
Problemleri çözerken Ohm kanunu ile birlikte iki Kirchhoff kuralı kullanmak uygundur. Kompleks monte ederken elektrik devreleri birkaç iletken bazı noktalarda birleşir. Bu tür noktalara düğüm denir.
Kirchhoff'un ilk kuralı aşağıdaki düşüncelere dayanmaktadır. Belirli bir düğüme akan akımlar, ona bir yük getirir. Düğümden akan akımlar yükü taşır. Bir düğüm bir yük biriktiremez, bu nedenle belirli bir zamanda belirli bir düğüme giren yük miktarı, aynı zamanda düğümden taşınan yük miktarına tam olarak eşittir. Belirli bir düğüme akan akımlar pozitif olarak kabul edilir, bir düğümden akan akımlar negatif olarak kabul edilir.
Göre Kirchhoff'un ilk kuralı , düğümde bağlanan iletkenlerdeki akımların kuvvetlerinin cebirsel toplamı sıfıra eşittir.
(13.25)
I 1 + I 2 + I 3 +….+ I n =0
ben 1 + ben 2 \u003d ben 3 + ben 4
I 1 + I 2 - I 3 - I 4 =0
Kirchhoff'un ikinci kuralı: dallanmış bir DC devresinin herhangi bir kapalı devresinin bölümlerinin her birinin direncinin ürünlerinin cebirsel toplamı ve bu bölümdeki akım kuvveti, bu devre boyunca EMF'nin cebirsel toplamına eşittir .
(13.26)
E 
Bu kural, iletken devrenin bir değil birkaç akım kaynağı içerdiği durumlarda özellikle uygundur (Şekil 13.8).
Bu kuralı kullanırken, akımların ve baypasın yönleri keyfi olarak seçilir. Seçilen çevrim baypas yönü boyunca akan akımlar pozitif olarak kabul edilir ve baypas yönüne karşı akan akımlar negatif olarak kabul edilir. Buna göre, devre baypası ile örtüşen bir akıma neden olan kaynakların EMF'si pozitif olarak kabul edilir.
ε 2 –ε 1 =Ir 1 +Ir 2 +IR (13.27)
Doğada her etkiye karşılık bir tepki vardır. Bu, elektrik akımı akışının tersi iletkenin elektrik direnci olduğunda, elektrik küresi için tamamen geçerlidir.
Bir iletkenin elektriksel direnci kavramı
İletkeni oluşturan madde ve malzemelerin, bu iletken içinde hareket eden yüklü parçacıklara karşı koyma yeteneğinden kaynaklanmaktadır. Bu işlem sırasında parça elektrik enerjisi başka biçimlere, örneğin termal enerjiye dönüştürülebilir. Direnci ölçmek için temel birim .
Direncin özü doğrudan maddelerin yapısı ile ilgilidir. Katılarda atomlar ve moleküller birbirine sıkıca bağlanmış alanlara sahiptir. Yapılarının temeli kristal kafestir. Her atomun yörüngesinde dönen elektronları vardır. Çekirdekten en uzakta bulunanlar, çoğu zaman çıkar ve yakındaki atomlara düşer. İletkenlerin elektrik akımı iletimini gerçekleştirmesine izin veren serbest elektronlar olarak adlandırılırlar.
Elektrik akımı ve direnç
Kalıcı bir harici güç kaynağının bağlanması durumunda, Elektrik alanı, iletken içinde uçtan uca serbest elektronların düzenli bir hareketi oluşmaya başlar. Engel olmasaydı, böyle bir iletken sıfır dirence ve süper iletkenliğe sahip olurdu. Bazı durumlarda, ultra düşük sıcaklık koşulları altında benzer bir sonuç elde etmek mümkündür.
Normal koşullar altında, normal sıcaklıkta, iletkenlerde elektronların serbest geçişini engelleyen belirli engeller ortaya çıkar. Bundan dolayı iletkenin elektriksel direnci denen bir durum ortaya çıkar.
Elektrik direncine ne sebep olur
Her şeyden önce, bunlar büyük bir hızla hareket eden elektronların önünde duran atomlardır. Elektronların ve atomların sürekli bir etkileşimi vardır, elektronların iç enerjisi kaybolur ve bu da ısıya dönüşür. Bu nedenle, iletken uzunluğundaki bir artışla, iç elektrik direnci artar. Kesitteki bir artışla, geçen elektron sayısı arttığından, aksine direnç azalacaktır.
Farklı malzemeler için kristal kafesin yapısı farklı olduğu için dirençleri de farklı olacaktır. Tam olarak belirli bir iletkene karşılık gelen özdirenç olarak adlandırılır.
İletken direnci hesabı
Sayfa 1
Ders 12 Elektrik direnci. dirençler
Dersin Hedefleri: Öğrencilere iletkenlerin elektriksel direncini fiziksel bir nicelik olarak tanıtmak. Elektronik teori temelinde elektrik direncinin doğası hakkında bir açıklama yapın. Direncin iletkenin geometrik boyutlarına bağımlılığını gösterin.
Demolar:
1. Çeşitli metal iletkenlerde elektrik akımı;
2. İletken direncinin uzunluğuna, kesit alanına ve malzemeye bağımlılığı.
Yeni materyal sunmak için plan yapın:
1. İletkenin elektrik direnci;
2. İletken direncinin uzunluğuna, kesit alanına ve malzemeye bağımlılığı;
3. Direnç.
Dersler sırasında
I. Tekrarlama. ödev kontrolü
Ne elektrik gerilimi? Hangi harfi temsil ediyor?
Voltajın formülü nedir?
Voltaj birimine ne denir?
Voltajı ölçen cihazın adı nedir? Şemalarda nasıl gösterilir?
Bir voltmetreyi bir devreye bağlarken hangi kurallara uyulmalıdır?
II. yeni materyal
1. deney 1
Elektrik devresini şemaya göre monte ediyoruz (Şekil 1). Direnç bir tel parçasıdır. Ampermetre ve voltmetre okumalarını not edin.
Ardından, direnci aynı uzunlukta ve aynı kesit alanına sahip başka bir malzemeden yapılmış bir tel parçasıyla değiştirin. Ampermetre okumalarının farklı olduğunu görüyoruz, yani. akım değişti. Bu durumda, her iki deneydeki voltaj değişmeden kalır. Sonuç açıktır: iletkenler akımın gücünü etkiler; başka bir deyişle, sağlamak direnç akım. Belli ki, o kondüktör büyük direnç Aynı voltajda daha az akım taşır. Farklı iletkenlerin farklı dirençleri vardır.
Elektrik direnci ( R) devredeki akım gücünü sınırlamak için bir iletkenin özelliğini karakterize eden fiziksel bir niceliktir. Ohm cinsinden ölçülür ( Ohm).
Bir soru ortaya çıktı:
- İletkendeki akım gücünü sınırlayan sebep nedir?
a) kristal kafesin pozitif yüklü iyonlarının elektrik alanı, elektronlar üzerinde bir kuvvetle etki eder, yönlendirilmiş hareket hızlarını ve dolayısıyla akım gücünü azaltır;
b) elektronların elektrik alanının komşu elektronlar üzerindeki etkisi,
ayrıca yönlendirilmiş hareketlerinin hızında bir azalmaya yol açar.
Direnç neye bağlıdır? Deney 1, iletkenin yapıldığı malzemeye bağlı olduğunu göstermektedir.
deney 2
Devreyi önceki deneyde olduğu gibi monte ediyoruz, ancak bir direnç yerine sırayla devreye farklı uzunluklarda, ancak aynı kesit alanına sahip demir teller ekliyoruz. Her durumda ampermetre okumalarını not ediyoruz.
Çözüm: akım gücü (ve dolayısıyla direnç) iletkenin uzunluğuna bağlıdır.
deney 3
Önceki deneylerde olduğu gibi aynı şema. Direnç olarak, eşit uzunlukta, ancak farklı kesit alanlarına sahip iki adet demir tel sırayla devreye dahil edilir. Ampermetre okumaları alınır.
Çözüm: akım gücü (ve dolayısıyla direnç) iletkenin kesit alanına bağlıdır.
Böylece iletkenin direnci uzunlukla doğru orantılı alanla ters orantılı enine kesit ve malzemeye bağlıdır.
Dolayısıyla iletkenin direnci
R = ben / S ,
nerede - maddenin direnci (Ohm mm2 / m);
ben- iletken uzunluğu [m];
S- kesit alanı [mm 2 ].
1 Ohm = 1V / 1A
- bir maddenin özdirenci, bir maddenin iletkenlik yeteneğini karakterize eden bir katsayıdır. elektrik. O eşittir
= R S / ben , tablo değeridir.
Metal iletkenlerin direnci sıcaklığa bağlı olduğundan (artan sıcaklıkla artar), tablo 20°C sıcaklık için özdirenç değerlerini göstermektedir.
Tablodan anlaşılacağı üzere metaller için küçük, dielektrikler için büyük.
Direnç, iletkenin uzunluğuna bağlı olduğundan, bir elektrik devresinde direnci değiştirebileceğiniz bir cihaz vardır. Bu bir reostat.
Reostatların tasarımı, devredeki direnci değiştirirken akımın içinden geçtiği iletkenin uzunluğunu değiştirmenize izin verir. Devrenin direncini değiştirerek, içindeki akımın gücünü etkileyebilirsiniz. Ondan, sırayla, akımın devredeki çeşitli cihazlar üzerinde uyguladığı etkiye bağlıdır.
III. İncelenenlerin konsolidasyonu
Bir iletkenin direnci, uzunluğuna ve kesit alanına nasıl bağlıdır?
Bir iletkenin direncinin uzunluğuna, kesit alanına ve yapıldığı maddeye bağımlılığı deneysel olarak nasıl gösterilir?
Bir iletkenin özgül direnci nedir?
İletkenlerin direncini hesaplamak için hangi formül kullanılabilir?
Bir iletkenin direnci hangi birimlerde ifade edilir?
Pratikte kullanılan iletkenler hangi malzemelerden yapılmıştır?
Reostat ne için?
Reostatlarda neden yüksek dirençli bir tel kullanılır?
Reostatta hangi miktarlar için izin verilen değerleri belirtilmiştir?
Elektrik devre şemalarında bir reosta nasıl gösterilir?
IV. Problem çözme
Sorun L-1313. Bakırın direncini belirleyin kontak teli, telin uzunluğu 5 km ve kesit alanı 0,65 cm2 ise, bir tramvay motoruna güç sağlamak için askıya alınır.
Verilen: Çözüm:
Cevap: R=1.3 Ohm.
Sorun L-1321. Nikel telden yapılan reosta sargısı 36 ohm dirence sahiptir. Bu telin kesit alanı 0,2 mm 2 ise ne kadardır?
Verilen: Çözüm:
Cevap: L=18 m.
Sorun L-1325. 0,1 mm 2 kesit alanına sahip bir telin direnci 180 ohm'dur. Aynı uzunlukta ve aynı malzemeden bir tel ile direncin 36 ohm olması için hangi kesit alanı alınmalıdır?
Verilen: Çözüm:
Cevap: S 2 \u003d 0,5 mm 2.
Sorun L-1335. 2 mm 2 kesitli bir demir telin direnci 1 km uzunluğunda ve 4 mm 2 enine kesitte alüminyum telin direncine eşit olacak şekilde ne kadar süreyle alınmalıdır?
Verilen: Çözüm:
Cevap: ben 2 = 140 m.
Sorun L-1333. kütle nedir bakır kablo 2 km uzunluğunda ve 8,5 ohm dirençli mi?
Verilen: Çözüm:
Cevap: m\u003d 71,5 kg.
Ödev: 12.13. Görevler 41, 42, L-1334, 1336.
Sayfa 1