Электрическое сопротивление – это физическая величина, характеризующая способность объекта препятствовать прохождению электрического тока.
Термином «сопротивление», или «резистор» обозначается деталь электрической схемы. Обозначается на схеме символами R или r, с добавлением порядкового номера.
Закон Ома: связь между напряжением, током и сопротивлением
Рассмотрим источник электроэнергии: это может быть батарейка, аккумулятор, электрическая сеть. Они характеризуются электрическим напряжением, которое подается потребителю. Какой ток потечет по электрической цепи, если ее замкнуть?
Ток в нагрузке зависит от величины ее сопротивления. Чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше ток.
Изменим сопротивление, добавив дополнительные резисторы в цепь – так, как показано на рисунке:
Что произойдет с током?
Амперметр покажет большее значение. Ток увеличится, поскольку для него открылись дополнительные пути. Это можно сравнить с водопроводом, к которому подключились дополнительные потребители: расход воды при этом увеличивается. Соединение сопротивлений на рисунке – параллельное, при таком соединении общее сопротивление меньше минимального номинала резистора.
Соединим сопротивления иначе:
Амперметр покажет, что ток уменьшился. Общее сопротивление цепи увеличилось. Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Общее сопротивление цепи равно сумме номиналов:
Rобщ = R+R+R
Действительно, три последовательных преграды сопротивляются току сильнее, чем одна.
Связь между напряжением, током и сопротивлением выражается формулой:
Это математическая запись закона Ома: ток в цепи прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи.
Единицы измерения сопротивления
В честь ученого Ома названа единица измерения сопротивления. Она пишется с большой буквы: 2 Ом, 5.1 Ом, 51 Ом и т.д.
Один Ом – это сопротивление, по которому течет ток 1 Ампер при подаче напряжения 1 Вольт.
Сопротивлению 1000 Ом соответствует единица измерения 1 кОм (килоОм),
1 000 000 Ом = 1 Мом (МегаОм)
Если увеличить мегаом в миллион раз, получим 1 тераОм – в таких единицах измеряют сопротивление изоляции.
Есть названия у маленьких сопротивлений, составляющих тысячные и миллионные доли Ома, но их на практике не используют. Предпочитают писать:
и так далее.
Удельное сопротивление материалов
Сопротивление тонкой металлической проволоки больше, чем сопротивление толстой проволоки из того же металла. Длинный провод имеет большее сопротивление, чем короткий. Проводники из разных материалов имеют разные сопротивления при одинаковых размерах. Чтобы навести порядок в этом вопросе, ввели понятие удельного сопротивления материала. Значение этого параметра для разных материалов можно в справочных таблицах.
В системе СИ удельное сопротивление численно равно сопротивлению образца, имеющего сечение 1 квадратный метр и длину один метр. Зная его, можно посчитать, например, сопротивление проволоки диаметром 0,01мм и длиной километр.
Проводники, полупроводники и диэлектрики имеют разное удельное сопротивление
Между медью и железом есть разница: удельное сопротивление меди значительно меньше, чем железа. Но оба металла, как и остальные металлы, являются хорошими проводниками. К проводникам относят материалы, удельное сопротивление которых меньше, чем миллионная доля Ома.
Сопротивление стекла и пластмассы очень велико. Эти материалы почти не проводят электрический ток и называются диэлектриками. Здесь важно слово «почти»: некоторый, очень маленький ток проникает через диэлектрик, поэтому удается измерить его сопротивление. Материал считается диэлектриком, если его удельное сопротивление составляет от ста мегаОм и выше.
Промежуточное место между проводниками и диэлектриками занимают полупроводники: кремний, германий, арсенид галлия и т.д. Есть полупроводники, удельное сопротивление которых весьма близко к сопротивлению некоторых слабых проводников-металлов. Но их различают не только по величине сопротивления, но и по чувствительности к температуре: у металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается, а у полупроводников – уменьшается.
Человеческое тело тоже имеет электрическое сопротивление
В областях, связанных с безопасностью, используется приблизительная величина электрического сопротивления человека: 1 килоОм. Это значение используется для оценки безопасного уровня электрического напряжения.
На самом деле электрическое сопротивление тела неоднородно, непостоянно, может меняться в зависимости от состояния здоровья и даже от душевного состояния. Если человек волнуется, пребывает в стрессе, электрическое сопротивление уменьшается; сухая здоровая кожа имеет большее электрическое сопротивление, чем травмированная, и так далее.
Исходя из величины сопротивления 1 кОм, медики и электрики установили безопасные для человека значения электрического напряжения. Вполне безопасным считается напряжение автомобильного аккумулятора 12 В, к безопасным относится и напряжение 25 В (иногда его используют для освещения производственных помещений). 36 В – условно безопасное напряжения, в некоторых случаях его воздействие может нанести вред человеку. 220В, 380В – опасные значения.