Cuando el circuito eléctrico está cerrado, en presencia de una diferencia de potencial en los terminales, entonces, en este caso, se produce la acción de una corriente eléctrica. Fuerza campo eléctrico afecta a los electrones libres, haciendo que se muevan a lo largo del conductor. Durante el movimiento, los electrones chocan con los átomos del conductor, cediendo la energía cinética disponible. Todos los electrones se mueven a una velocidad que cambia continuamente.
La disminución de la velocidad se produce cuando los electrones chocan con otros electrones y átomos en su camino. En el futuro, bajo la influencia de la electricidad, la velocidad de los electrones vuelve a aumentar hasta una nueva colisión.
Este proceso es continuo, por lo que el flujo de electrones en el conductor se mueve uniformemente. Al mismo tiempo, los electrones, mientras se mueven, encuentran resistencia constantemente. Esto finalmente conduce al calentamiento del conductor.
¿Qué es la resistencia del conductor?
La resistencia es una propiedad de un medio o cuerpo que contribuye a la transformación energía eléctrica en la térmica, en el momento en que pasa por electricidad. Puede cambiar el valor de la corriente en el circuito usando una resistencia eléctrica variable, llamada reóstato. La resistencia requerida se ingresa usando un control deslizante especial colocado en una posición determinada.
Un conductor de gran longitud y pequeña sección transversal tiene una mayor resistencia. Y, por el contrario, un conductor corto con una gran sección transversal puede ofrecer muy poca resistencia a la corriente.
Dos conductores de igual sección y longitud, pero hechos de diferentes materiales, Conducta eléctrica completamente diferente. De ello se deduce que el material afecta directamente a la resistencia.
Influencia de factores adicionales
Factores adicionales influyen en el valor y la temperatura intrínseca del conductor. A medida que aumenta la temperatura, hay un aumento en la resistencia en varios metales. En líquidos y carbón, por el contrario, la resistencia disminuye. Existe ciertos tipos aleaciones, en las que, al aumentar la temperatura, la resistencia prácticamente no cambia.
Así, la resistencia de un conductor depende de factores como su longitud y sección transversal, así como de la temperatura y del material del que está hecho. La resistencia de todos los conductores se mide en ohmios.
Con una alta resistencia, dicho conductor tiene, en consecuencia, menos conductividad y viceversa, una baja resistencia contribuye a una conductividad mucho mejor de la corriente eléctrica. Por lo tanto, los valores de conductividad y resistencia se invierten.
Ahora es el momento de averiguar qué es la resistencia. Imagine ahora una red cristalina ordinaria. Entonces ... Cuanto más densos estén los cristales entre sí, más cargas permanecerán en ellos. Entonces, diciendo lenguaje simple- mayor es la resistencia del metal. Por cierto, la resistencia de cualquier metal ordinario se puede aumentar temporalmente calentándolo. "Por qué preguntar. Sí, porque cuando se calientan, los átomos de metal comienzan a vibrar vigorosamente cerca de su posición fijada por enlaces. Por lo tanto, las cargas en movimiento colisionarán más a menudo con los átomos, lo que significa que permanecerán más a menudo y más en los nodos de la red cristalina. La figura 1 muestra un diagrama de ensamblaje visual, por así decirlo para los "no iniciados", donde puede ver de inmediato cómo medir el voltaje a través de la resistencia. De la misma manera, puedes medir el voltaje en una bombilla. Por cierto, si, como se puede ver en la figura, nuestra batería tiene un voltaje de, digamos, 15V (voltios), y la resistencia es tal que 10V se "asienta", entonces los 5V restantes caerán sobre la luz bulbo.
Así es como se ve la ley de Ohm para un circuito cerrado.
Sin entrar en detalles, esta ley dice que el voltaje de la fuente de alimentación es igual a la suma de las caídas de voltaje en todas sus secciones. Esos. en nuestro caso, 15V = 10V + 5V. Pero... si profundizas un poco en los detalles, entonces debes saber que lo que llamamos voltaje de la batería no es más que su valor cuando el consumidor está conectado (en nuestro caso, es una bombilla + resistencia) . Si desconecta la bombilla con resistencia y mide el voltaje de la batería, será un poco más de 15V. Este será el voltaje de circuito abierto y se llama EMF de la batería: la fuerza electromotriz. En realidad, el circuito funcionará como se muestra en la Fig.2. En realidad, la batería se puede imaginar como otra batería con un voltaje de, digamos, 16 V, que tiene su propia resistencia interna Rin. El valor de esta resistencia es muy pequeño y se debe a las características tecnológicas de fabricación. Se puede ver en la figura que cuando la carga está conectada, parte del voltaje de la batería se "asentará" en su resistencia interna y en su salida ya no será de 16V, sino de 15V, es decir 1B será "absorbido" por su resistencia interna. Y aquí también funciona la ley de Ohm para un circuito cerrado. La suma de los voltajes en todas las secciones del circuito será igual a FEM pilas 16V = 1V + 10V + 5V. La unidad de medida de la resistencia es una cantidad llamada ohm. Se llama así en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien se dedicó a estos trabajos. 1 ohmio es igual a la resistencia eléctrica del conductor (puede ser, por ejemplo, una bombilla) entre cuyos extremos surge una tensión de 1 voltio con una corriente continua de 1 amperio. Para determinar la resistencia de la lámpara, es necesario medir el voltaje en ella y medir la corriente en el circuito (ver Fig. 5). Y luego divida el valor de voltaje resultante por el valor actual (R = U / I). Las resistencias en los circuitos eléctricos se pueden conectar en serie (el final del primero con el comienzo del segundo, en este caso se pueden designar arbitrariamente) y en paralelo (el comienzo con el comienzo, el final con el final, y en este caso de que puedan designarse arbitrariamente). Considere ambos casos usando bombillas como ejemplo; después de todo, sus filamentos están compuestos de tungsteno, es decir, son resistencia. El caso de conexión en serie se muestra en la Fig.3.
Resultó ser conocido por todos (y, por lo tanto, lo consideraremos comprensible: una guirnalda). Con tal conexión, la corriente I será la misma en todas partes, independientemente de si son las mismas lámparas para el mismo voltaje o para diferentes. Inmediatamente debemos hacer una reserva de que las lámparas se consideran iguales, en las que:
- se indica el mismo voltaje y corriente (como las bombillas de una linterna);
- se indica el mismo voltaje y potencia (como lámparas de iluminación).
La tensión U de la fuente de alimentación en este caso se "dispersa" por todas las lámparas, es decir U = U1 + U2 + U3. Al mismo tiempo, si las lámparas son iguales, el voltaje será el mismo en todas ellas. Si las lámparas no son iguales, entonces dependiendo de la resistencia de cada lámpara en particular. En el primer caso, el voltaje en cada lámpara se puede calcular fácilmente dividiendo el voltaje de la fuente por el número total de lámparas. En el segundo caso, debe profundizar en los cálculos. Cubriremos todo esto en las tareas de esta sección. Entonces, descubrimos que cuando los conductores (en este caso, las lámparas) están conectados en serie, el voltaje U en los extremos de todo el circuito es igual a la suma de los voltajes de los conductores conectados en serie (lámparas) - U = U1 + U2 + U3. Según la ley de Omad para la sección del circuito: U1 = I*R1, U2 = I*R2, U3 = I*R3, U = I*R donde R1 es la resistencia del filamento de la primera lámpara (conductor), R2 es el segundo y R3 es el tercero, R es la resistencia total de todas las lámparas. Sustituyendo el valor U por I*R, U1 por I*R1, U2 por I*R2, U3 por I*R3 en la expresión “U = U1 + U2 +U”, obtenemos I*R = I*(R1+ R2+R3). Por lo tanto, R \u003d R1 + R2 + R3 Conclusión: cuando los conductores están conectados en serie, su resistencia total es igual a la suma de las resistencias de todos los conductores. Concluyamos: la conmutación en serie se usa para varios consumidores (por ejemplo, lámparas de guirnalda de Año Nuevo) con un voltaje de suministro más bajo que el voltaje de la fuente.
El caso de conexión en paralelo de conductores se muestra en la Fig.4.
Cuando los conductores se conectan en paralelo, sus comienzos y extremos tienen puntos de conexión comunes a la fuente. Al mismo tiempo, el voltaje en todas las lámparas (conductores) es el mismo, independientemente de cuál y para qué voltaje esté diseñado, ya que están conectados directamente a la fuente. Naturalmente, si la lámpara tiene un voltaje más bajo que la fuente de voltaje, se quemará. Pero la corriente I será igual a la suma de las corrientes en todas las lámparas, es decir yo = yo1 + yo2 + yo3. Y las lámparas pueden ser de diferente potencia: cada una tomará la corriente para la que está diseñada. Esto se puede entender si en lugar de una fuente imaginamos un enchufe con un voltaje de 220 V, y en lugar de lámparas, conectadas a él, por ejemplo, una plancha, Lámpara de mesa y un cargador de teléfono. La resistencia de cada dispositivo en dicho circuito se determina dividiendo su voltaje por la corriente que consume... nuevamente, de acuerdo con la ley de Ohm para una sección del circuito, es decir
Indiquemos inmediatamente el hecho de que existe un valor recíproco a la resistencia y se llama conductividad. Se designa como Y. En el sistema SI, se designa como CM (Siemens). La resistencia recíproca significa que
Sin entrar en conclusiones matemáticas, diremos inmediatamente que cuando se conectan conductores en paralelo (ya sean lámparas, planchas, hornos de microondas o televisores), el recíproco de la resistencia total es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias de todos conductores conectados en paralelo, es decir
Dado que
A veces en las tareas escriben Y = Y1 + Y2 + Y3. Esto es lo mismo. También hay una fórmula más conveniente para encontrar la resistencia total de dos resistencias conectadas en paralelo. Se parece a esto:
Concluyamos: el método de conmutación en paralelo se utiliza para conectar lámparas de iluminación y electrodomésticos a la red eléctrica.
Como descubrimos, las colisiones de electrones libres en conductores con átomos de la red cristalina ralentizan su movimiento hacia adelante... Esto es una contrarrestación del movimiento dirigido de electrones libres, es decir corriente continua, es la esencia física de la resistencia del conductor. El mecanismo de resistencia de corriente continua en electrolitos y gases es similar. Las propiedades conductoras de un material determinan su resistividad volumétrica ρv, que es igual a la resistencia entre lados opuestos de un cubo de 1 m de arista, fabricado con este material. El recíproco de la resistividad volumétrica se denomina conductividad volumétrica y es igual a γ = 1/ρv. La unidad de resistencia de volumen es 1 Ohm * m, conductividad volumétrica - 1 Sm / m. La resistencia DC de un conductor depende de la temperatura. En el caso general, se observa una dependencia bastante compleja. Pero con cambios de temperatura dentro de límites relativamente estrechos (alrededor de 200 ° C), se puede expresar mediante la fórmula:
donde R2 y R1 son resistencias, respectivamente, a las temperaturas T1 y T2; α - coeficiente de temperatura de la resistencia, igual al cambio relativo en la resistencia cuando la temperatura cambia en 1°C.
Conceptos importantes
Un dispositivo eléctrico que tiene resistencia y se usa para limitar la corriente se llama resistencia. Una resistencia ajustable (es decir, es posible cambiar su resistencia) se llama reóstato.
Los elementos resistivos son modelos idealizados de resistencias y cualquier otro dispositivo eléctrico o sus partes que resistan corriente continua, independientemente de la naturaleza física de este fenómeno. Se utilizan en la preparación de circuitos equivalentes y cálculos de sus modos. En la idealización, se desprecian las corrientes a través de los revestimientos aislantes de las resistencias, los marcos de los reóstatos de alambre, etc.
Un elemento resistivo lineal es un circuito equivalente para cualquier parte de un dispositivo eléctrico en el que la corriente es proporcional al voltaje. Su parámetro es la resistencia R = const. R = const significa que el valor de la resistencia es constante (const significa constante).
Si la dependencia de la corriente con respecto al voltaje no es lineal, entonces el circuito equivalente contiene un elemento resistivo no lineal, que viene dado por una característica de corriente-voltaje no lineal (característica de voltios-amperios) I (U), que se lee como " Y de U". La Figura 5 muestra las características de corriente-voltaje de los elementos resistivos lineales (línea a) y no lineales (línea b), así como sus designaciones en los circuitos equivalentes.
Habiendo ensamblado un circuito eléctrico que consta de una fuente de corriente, una resistencia, un amperímetro, un voltímetro, una llave, se puede demostrar que fuerza actual (I ) que fluye a través de la resistencia es directamente proporcional al voltaje ( tu ) en sus extremos: yo - tu . Relación de voltaje a corriente U/I - hay un valor constante.
Por lo tanto, hay cantidad física que caracteriza las propiedades de un conductor (resistencia) a través del cual fluye una corriente eléctrica. Este valor se llama resistencia eléctrica conductor, o simplemente resistencia. La resistencia se denota con la letra R .
(R) es una cantidad física igual a la relación de voltaje ( tu ) en los extremos del conductor a la intensidad de corriente ( I ) en él. R = U/I . unidad de resistencia - Ohm (1 ohmio).
un ohmio- la resistencia de dicho conductor, en el que la intensidad de la corriente es de 1A a una tensión en sus extremos de 1V: 1 ohmio = 1 V / 1 A.
La razón por la que el conductor tiene resistencia es que el movimiento direccional cargas eléctricas en él iones de la red cristalina realizando un movimiento aleatorio. En consecuencia, la velocidad del movimiento dirigido de cargas disminuye.
Resistencia eléctrica específica
R ) es directamente proporcional a la longitud del conductor ( yo ), inversamente proporcional a su área de sección transversal ( S ) y depende del material del conductor. Esta dependencia se expresa mediante la fórmula: R = p*l/SR es un valor que caracteriza el material del que está hecho el conductor. Se llama resistividad del conductor, su valor es igual a la resistencia de un conductor de longitud 1m y área de la sección transversal 1m2.
La unidad de resistividad de un conductor es: [p] \u003d 1 0m 1 m 2 / 1 m. El área de la sección transversal a menudo se mide en milímetro 2, por lo tanto, en los libros de referencia, los valores de la resistividad del conductor se dan como en ohmio m así que en ohmios mm 2 / m.
Al cambiar la longitud del conductor y, por lo tanto, su resistencia, es posible controlar la intensidad de la corriente en el circuito. El dispositivo con el que se puede hacer esto se llama reóstato.
Entre otros indicadores que caracterizan el circuito eléctrico, el conductor, cabe destacar la resistencia eléctrica. Determina la capacidad de los átomos de un material para impedir el paso dirigido de electrones. La ayuda para determinar este valor puede ser proporcionada tanto por un dispositivo especializado, un ohmímetro, como por cálculos matemáticos basados en el conocimiento de la relación entre las cantidades y propiedades físicas material. El indicador se mide en ohmios (Ohm), el símbolo es R.
Ley de Ohm: un enfoque matemático para determinar la resistencia
La relación establecida por Georg Ohm define la relación entre voltaje, corriente, resistencia, en base a la relación matemática de conceptos. La validez de la relación lineal, R \u003d U / I (relación entre el voltaje y la intensidad de la corriente), no se observa en todos los casos.
Unidad [R] = B/A = Ohm. 1 ohm es la resistencia de un material que transporta una corriente de 1 amperio a un voltaje de 1 voltio.
Fórmula empírica para calcular la resistencia.
Los datos objetivos sobre la conductividad de un material se derivan de su características físicas, que determinan tanto sus propiedades propias como las reacciones a Influencias externas. En base a esto, la conductividad depende de:
- Talla.
- Geometría.
- Temperaturas.
Los átomos de un material conductor chocan con los electrones dirigidos, impidiendo su avance. A una alta concentración de estos últimos, los átomos no son capaces de resistirlos y la conductividad es alta. Los grandes valores de resistencia son típicos de los dieléctricos, que se caracterizan por una conductividad casi nula.
Una de las características definitorias de cada conductor es su resistividad - ρ. Determina la dependencia de la resistencia del material conductor y las influencias externas. Este es un valor fijo (dentro del mismo material) que representa los datos del conductor. siguientes tamaños- longitud 1 m (ℓ), área de sección transversal 1 m2. Por lo tanto, la relación entre estas cantidades se expresa mediante la relación: R = ρ* ℓ/S:
- La conductividad de un material disminuye a medida que aumenta su longitud.
- Un aumento en el área de la sección transversal del conductor implica una disminución en su resistencia. Este patrón se debe a una disminución en la densidad de los electrones y, en consecuencia, el contacto de las partículas materiales con ellos se vuelve más raro.
- Un aumento en la temperatura del material estimula un aumento en la resistencia, mientras que una disminución en la temperatura hace que disminuya.
Es recomendable calcular el área de la sección transversal de acuerdo con la fórmula S \u003d πd 2 / 4. Una cinta métrica ayudará a determinar la longitud.
Relación con el poder (P)
Basado en la fórmula de la ley de Ohm, U = I*R y P = I*U. Por lo tanto, P = I 2 *R y P = U 2 /R.
Conociendo la magnitud de la fuerza y la potencia actuales, la resistencia se puede determinar como: R \u003d P / I 2.
Conociendo la magnitud del voltaje y la potencia, la resistencia es fácil de calcular mediante la fórmula: R \u003d U 2 /P. 
La resistencia del material y los valores de otras características asociadas se pueden obtener utilizando instrumentos de medición especiales o en base a patrones matemáticos establecidos.
Hasta la fecha, uno de las caracteristicas mas importantes cualquier material es su resistencia eléctrica. Este hecho se explica por la propagación sin precedentes en la historia de la humanidad. Maquinas electricas, que nos hizo mirar de otra manera las propiedades de los materiales circundantes, tanto artificiales como naturales. El concepto de "resistencia eléctrica" se ha vuelto tan importante como la capacidad calorífica, etc. Es aplicable a absolutamente todo lo que nos rodea: agua, aire, metal, incluso el vacío.
Cada hombre moderno debe tener una comprensión de esta característica de los materiales. La pregunta "¿qué es la resistencia eléctrica?" solo puede responderse si se conoce el significado del término "corriente eléctrica". Empecemos con esto...
La manifestación material de la energía es el átomo. Todo consiste en ellos conectados en grupos. El modelo físico actual establece que el átomo es como un modelo más pequeño. sistema estrella. En el centro está el núcleo, que incluye partículas de dos tipos: neutrones y protones. El protón lleva una carga eléctrica positiva. A diferentes distancias del núcleo, otras partículas giran en órbitas circulares: electrones que llevan una carga negativa. El número de protones siempre corresponde al número de electrones, por lo que la carga total cero. Cuanto más lejos del núcleo está la órbita del electrón (valencia), más débil es la fuerza de atracción que lo mantiene en la estructura del átomo.
En una máquina generadora de corriente, el campo magnético se libera de las órbitas. Dado que un protón "extra" permanece en un electrón perdido, la fuerza de atracción "arranca" otro electrón de valencia de la órbita exterior de un átomo vecino. Toda la estructura del material está involucrada en el proceso. Como resultado, el movimiento de partículas cargadas (átomos con Carga positiva y electrones libres con negativo), lo que se denomina corriente eléctrica.
El material en cuya estructura los electrones de las órbitas externas pueden salir fácilmente del átomo se llama conductor. Su resistencia eléctrica es pequeña. Este es el grupo de metales. Por ejemplo, para la producción de alambres se utilizan principalmente aluminio y cobre. De acuerdo con la ley de Ohm, eléctrica es la relación entre el voltaje creado por el generador y la fuerza de la corriente que pasa. Por cierto, en Omaha.
Es fácil adivinar que hay materiales en los que hay muy pocos electrones de valencia o los átomos están muy lejos unos de otros (gas), por lo que su estructura interna no puede proporcionar flujo de corriente. Se denominan dieléctricos y se utilizan para aislar líneas conductoras en ingeniería eléctrica. Su resistencia eléctrica es muy alta.
Todo el mundo sabe que un dieléctrico húmedo comienza a conducir electricidad. A la luz de este hecho, la pregunta "¿existe la resistencia eléctrica del agua?" es de particular interés. La respuesta es contradictoria: sí y no. Como se mencionó anteriormente, si prácticamente no hay electrones de valencia en el material, y la estructura en sí consiste más en vacío que en partículas (recuerde la tabla periódica y el hidrógeno con un solo electrón en órbita), entonces, en condiciones normales, la conductividad no puede existir. Esta descripción encaja perfectamente con el agua: una combinación de dos gases, a la que llamamos líquido. De hecho, al estar completamente libre de impurezas disueltas, es un muy buen dieléctrico. Pero como en la naturaleza las soluciones de sales siempre están presentes en el agua, ellas las proporcionan. Su nivel se ve afectado por la saturación de la solución y la temperatura.Es por eso que no puede haber una respuesta inequívoca a la pregunta, porque el agua puede ser diferente.