При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении свободные электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии.
Таким образом, электроны, проходя по проводнику, встречают сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.
Электрическим сопротивлением проводника (оно обозначается латинской буквой r) обусловлено явление преобразования электрической энергии в тепловую при прохождении электрического тока по проводнику. На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рис. 18.
Рис. 18. Условные обозначения постоянного (а) и переменного (б) электрического сопротивлений
За единицу сопротивления принят 1 ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому, вместо того чтобы писать: "Сопротивление проводника равно 15 ом", можно написать просто: r = 15Ω.
1000 ом называется 1 килоом (1 ком, или 1 KΩ).
1000000 ом называется 1 мегом (1 мгом, или 1 MΩ).
Прибор, обладающий переменным электрическим сопротивлением и служащий для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются, как показано на рис. 18. Как правило, реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.
Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.
Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.
Температура проводника тоже оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, константан, никелин и др.) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.
Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от длины проводника, поперечного сечения проводника, материала проводника, температуры проводника.
При сравнении сопротивлений проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную Длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.
Сопротивление (в омах) проводника длиной 1 м, сечением 1 мм2 называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ(ро).
Сопротивление проводника можно определить по формуле
r = ρ⋅l/S,
где r - сопротивление проводника, ом;
ρ - удельное сопротивление проводника;
l - длина проводника, м;
S - сечение проводника, мм2.
Из указанной формулы получаем размерность для удельного сопротивления
Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм2:
r = ρ⋅l/S = 0,13⋅200/5 = 5,2 ом.
Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм2:
r = ρ⋅l/S = 0,03⋅2000/2,5 = 24ом.
Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.
Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм2. Определить необходимую длину проволоки:
l = r⋅S/ρ = 30⋅0,21/0,42 = 15 м.
Пример 4. Определить сечение нихромовой проволоки длиной 20 м, если сопротивление ее равно 25 ом:
S = ρ⋅l/r = 1,1⋅20/25 = 0,88 мм2.
Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 ом. Определить материал проволоки.
Материал проводника характеризует его удельное сопротивление
ρ = r⋅S/l = 16⋅0,5/40 = 0,2.