Elektros varža – Žinių hipermarketas. Elektrinė varža

- elektrinis dydis, apibūdinantis medžiagos savybę neleisti tekėti elektros srovei. Priklausomai nuo medžiagos tipo, varža gali būti lygi nuliui – būti minimali (mylių/mikroomai – laidininkai, metalai) arba labai didelė (gigaomai – izoliacija, dielektrikai). Elektrinės varžos atvirkštinė vertė yra .

Vienetas elektrinė varža - Ohm. Jis žymimas raide R. Nustatyta varžos priklausomybė nuo srovės uždaroje grandinėje.

Omometras- prietaisas tiesioginiam grandinės varžos matavimui. Priklausomai nuo išmatuotos vertės diapazono, jie skirstomi į gigaohmetrus (didelių varžų - matuojant izoliaciją) ir mikro/miliohmetrus (mažoms varžoms - matuojant kontaktų, variklio apvijų ir kt. perėjimo varžas).

Yra daugybė skirtingų gamintojų omometrų, nuo elektromechaninių iki mikroelektroninių. Verta paminėti, kad klasikinis omometras matuoja aktyviąją pasipriešinimo dalį (vadinamuosius omus).

Bet kokia varža (metalinė ar puslaidininkinė) kintamosios srovės grandinėje turi aktyvųjį ir reaktyvųjį komponentą. Aktyviosios ir reaktyviosios varžos suma yra Kintamosios srovės grandinės varža ir apskaičiuojamas pagal formulę:

čia Z – bendra kintamosios srovės grandinės varža;

R – kintamosios srovės grandinės aktyvioji varža;

Xc – kintamosios srovės grandinės talpinė reaktyvinė varža;

(C – talpa, w – kampinis greitis kintamoji srovė)

Xl – kintamosios srovės grandinės indukcinė varža;

(L – induktyvumas, w – kintamosios srovės kampinis greitis).

Aktyvus pasipriešinimas- tai yra visos elektros grandinės varžos dalis, kurios energija visiškai paverčiama kitų rūšių energija (mechanine, chemine, termine). Išskirtinė savybė aktyvioji dedamoji – tai pilnas visos elektros energijos suvartojimas (negrąžinama energija į tinklą), o reaktyvumas grąžina dalį energijos atgal į tinklą (neigiama reaktyviosios dedamosios savybė).

Fizinė aktyvaus pasipriešinimo prasmė

Kiekviena aplinka, kurioje praeina elektros krūviai, savo kelyje sukuria kliūtis (manoma, kad tai kristalinės gardelės mazgai), į kurias jie tarsi atsitrenkia ir praranda savo energiją, kuri išsiskiria šilumos pavidalu.

Taigi įvyksta kritimas (prarasti elektros energija), kurios dalis prarandama dėl vidinės laidžiosios terpės varžos.

Skaitinė vertė, apibūdinanti medžiagos gebėjimą užkirsti kelią krūviams, vadinama pasipriešinimu. Jis matuojamas omų (Ohm) ir yra atvirkščiai proporcingas elektros laidumui.

Skirtingi Mendelejevo periodinės lentelės elementai turi skirtingą elektrinę varžą (p), pavyzdžiui, mažiausią. Atsparumą turi sidabras (0,016 Ohm*mm2/m), varis (0,0175 Ohm*mm2/m), auksas (0,023) ir aliuminis (0,029). Jie naudojami pramonėje kaip pagrindinės medžiagos, ant kurių pastatyta visa elektrotechnika ir energetika. Priešingai, dielektrikai turi didelę smūgio vertę. atsparumas ir yra naudojami izoliacijai.

Laidžios terpės varža gali labai skirtis priklausomai nuo srovės skerspjūvio, temperatūros, dydžio ir dažnio. Be to, skirtingose aplinkose yra skirtingi krūvininkai (laisvieji elektronai metaluose, jonai elektrolituose, „skylės“ puslaidininkiuose), kurie yra lemiami atsparumo veiksniai.

Fizinė reaktyvumo reikšmė

Ritėse ir kondensatoriuose energija kaupiasi magnetinių ir elektrinių laukų pavidalu, o tai užtrunka šiek tiek laiko.

Magnetiniai laukai kintamosios srovės tinkluose kinta pagal besikeičiančią krūvių judėjimo kryptį, kartu suteikdama papildomą pasipriešinimą.

Be to, atsiranda stabilus fazės ir srovės poslinkis, o tai lemia papildomus elektros nuostolius.

Atsparumas

Kaip sužinoti medžiagos varžą, jei per ją nėra srauto ir neturime omometro? Tai turi ypatingą vertę - medžiagos elektrinė varža V

(tai yra lentelės vertės, empiriškai nustatytos daugeliui metalų). Naudodamiesi šia verte ir fiziniais medžiagos dydžiais, galime apskaičiuoti atsparumą pagal formulę:

kur, p— savitoji varža (omų*m/mm2 vienetai);

l—laidininko ilgis (m);

S - skerspjūvis (mm 2).

Omo dėsnis yra pagrindinis elektros grandinių dėsnis. Kartu tai leidžia paaiškinti daugelį gamtos reiškinių. Pavyzdžiui, galite suprasti, kodėl elektra „nepatinka“ ant laidų sėdinčių paukščių. Fizikai Ohmo dėsnis yra labai svarbus. Be jo žinios būtų neįmanoma sukurti stabilių elektros grandinių arba visai nebūtų elektronikos.

Priklausomybė I = I(U) ir jos reikšmė

Medžiagų atsparumo atradimo istorija yra tiesiogiai susijusi su srovės įtampos charakteristika. Kas tai yra? Paimkime grandinę su nuolatine elektros srove ir apsvarstykime bet kurį iš jos elementų: lempą, dujų vamzdį, metalinį laidininką, elektrolito kolbą ir kt.

Keisdami atitinkamam elementui tiekiamą įtampą U (dažnai žymima V), stebėsime per jį einančios srovės stiprumo (I) kitimą. Dėl to gauname I = I (U) formos priklausomybę, kuri vadinama „elemento voltų amperų charakteristika“ ir yra tiesioginis jo elektrinių savybių rodiklis.

Srovės ir įtampos charakteristikos skirtingiems elementams gali atrodyti skirtingai. Paprasčiausia jo forma gaunama ištyrus metalinį laidininką, ką padarė Georgas Ohmas (1789 - 1854).

Srovės ir įtampos charakteristika yra tiesinis ryšys. Todėl jo grafikas yra tiesi linija.

Teisė paprasta forma

Omo tyrimai apie laidininkų srovės-įtampos charakteristikas parodė, kad srovės stipris metalinio laidininko viduje yra proporcingas potencialų skirtumui jo galuose (I ~ U) ir atvirkščiai proporcingas tam tikram koeficientui, tai yra I ~ 1/R. Šis koeficientas tapo žinomas kaip „laidininko varža“, o elektrinės varžos matavimo vienetas yra Ohm arba V/A.

Kitas dalykas, į kurį verta atkreipti dėmesį, yra tai. Omo dėsnis dažnai naudojamas skaičiuojant varžą grandinėse.

Įstatymo pareiškimas

Omo dėsnis sako, kad vienos grandinės sekcijos srovės stipris (I) yra proporcingas šios atkarpos įtampai ir atvirkščiai proporcingas jos varžai.

Pažymėtina, kad tokia forma dėsnis galioja tik vienalytei grandinės atkarpai. Homogeniška yra ta elektros grandinės dalis, kurioje nėra srovės šaltinio. Kaip panaudoti Ohmo dėsnį nehomogeninėje grandinėje, bus aptarta toliau.

Vėliau eksperimentiškai buvo nustatyta, kad dėsnis lieka galioti elektrolitų tirpalams elektros grandinėje.

Fizinė pasipriešinimo prasmė

Atsparumas yra medžiagų, medžiagų ar terpių savybė, neleidžianti pratekėti elektros srovei. Kiekybiškai 1 omo varža reiškia, kad laidininkas, kurio galuose yra 1 V įtampa, gali praeiti elektros galia 1 A.

Elektrinė varža

Eksperimentinis metodas Nustatyta, kad laidininko elektros srovės varža priklauso nuo jo matmenų: ilgio, pločio, aukščio. Taip pat nuo jo formos (rutulio, cilindro) ir medžiagos, iš kurios jis pagamintas. Taigi formulė varža, pavyzdžiui, vienalytis cilindrinis laidininkas bus: R = p*l/S.

Jei į šią formulę įdėsime s = 1 m 2 ir l = 1 m, tai R bus skaitine prasme lygus p. Iš čia apskaičiuojamas laidininko varžos koeficiento matavimo vienetas SI – tai Ohm*m.

Atsparumo formulėje p yra varžos koeficientas, nustatytas pagal cheminės savybės medžiaga, iš kurios pagamintas laidininkas.

Norint apsvarstyti diferencinę Ohmo dėsnio formą, reikia apsvarstyti dar keletą sąvokų.

Kaip žinoma, elektros srovė yra griežtai užsakytas bet kokių įkrautų dalelių judėjimas. Pavyzdžiui, metaluose srovės nešėjai yra elektronai, o laidžiose dujose – jonai.

Paimkime trivialų atvejį, kai visi srovės nešikliai yra vienarūšiai – metalinis laidininkas. Mintimis parinkkime be galo mažą šio laidininko tūrį ir u pažymime vidutinį (dreifą, sutvarkytą) elektronų greitį šiame tūryje. Toliau tegul n žymi srovės nešėjų koncentraciją tūrio vienete.

Dabar nubraižykime be galo mažą plotą dS, statmeną vektoriui u, ir sukonstruokime be galo mažą cilindrą, kurio aukštis u*dt išilgai greičio, kur dt žymi laiką, per kurį visi srovės greičio nešikliai, esantys nagrinėjamame tūryje, praeis per plotą dS. .

Šiuo atveju elektronai perduos krūvį per plotą, lygų q = n*e*u*dS*dt, kur e yra elektrono krūvis. Taigi elektros srovės tankis yra vektorius j = n*e*u, reiškiantis per laiko vienetą per vienetinį plotą perduodamo krūvio kiekį.

Vienas iš diferencialinio Ohmo dėsnio apibrėžimo privalumų yra tas, kad dažnai galima apsieiti be pasipriešinimo skaičiavimo.

Elektros krūvis. Elektrinio lauko stiprumas

Lauko stiprumas kartu su elektros krūviu yra pagrindinis elektros teorijos parametras. Be to, kiekybinę idėją apie juos galima gauti iš paprastų eksperimentų, kuriuos gali atlikti moksleiviai.

Dėl samprotavimų paprastumo apsvarstysime elektrostatinį lauką. Tai elektrinis laukas, kuris laikui bėgant nekinta. Tokį lauką gali sukurti stacionarūs elektros krūviai.

Bandomasis mokestis taip pat reikalingas mūsų tikslams. Naudosime įkrautą kūną tokį, koks jis yra – tokį mažą, kad nesugebėtų sukelti jokių trikdžių (krūvių persiskirstymo) aplinkiniuose objektuose.

Savo ruožtu panagrinėkime du paimtus bandomuosius krūvius, nuosekliai išdėstytus viename erdvės taške, kuris yra veikiamas elektrostatinio lauko. Pasirodo, kad laikui bėgant kaltinimai bus nuolat įtakoti jo pusės. Tegu F 1 ir F 2 yra jėgos, veikiančios krūvius.

Apibendrinant eksperimentinius duomenis nustatyta, kad jėgos F 1 ir F 2 yra nukreiptos arba viena, arba priešingomis kryptimis, o jų santykis F 1 / F 2 nepriklauso nuo erdvės taško, kuriame buvo bandymo krūviai. pakaitomis dedamas. Todėl santykis F 1 / F 2 yra išskirtinai pačių krūvių charakteristika ir niekaip nepriklauso nuo lauko.

Šio fakto atradimas leido apibūdinti kūnų elektrifikaciją ir vėliau buvo vadinamas elektros krūviu. Taigi pagal apibrėžimą paaiškėja, kad q 1 /q 2 = F 1 /F 2, kur q 1 ir q 2 yra krūvių, esančių viename lauko taške, dydis, o F 1 ir F 2 yra veikiančios jėgos. dėl mokesčių iš lauko.

Remiantis panašiais motyvais, įkrovos vertės buvo nustatytos eksperimentiškai įvairios dalelės. Sąlygiškai įdėdami santykį, kuris yra lygus vienam iš bandomųjų įkrovų, galite apskaičiuoti kito įkrovimo vertę išmatuodami santykį F 1 / F 2.

Bet kurį elektrinį lauką galima apibūdinti pagal žinomą krūvį. Taigi jėga, veikianti vienetinį bandymo krūvį ramybės būsenoje, vadinama elektrinio lauko stipriu ir žymima E. Iš krūvio apibrėžimo matome, kad stiprumo vektorius turi kitas vaizdas: E = F/q.

Ryšys tarp vektorių j ir E. Kita Ohmo dėsnio forma

Taip pat atkreipkite dėmesį, kad cilindro varžos apibrėžimas gali būti apibendrintas laidams, sudarytiems iš tos pačios medžiagos. Šiuo atveju skerspjūvio plotas iš varžos formulės bus lygus laido skerspjūviui, o l - jo ilgiui.

§ 15. Elektros varža

Elektros krūviams kryptingai judėti bet kuriame laidininke neleidžia šio laidininko molekulės ir atomai. Todėl tiek išorinė grandinės dalis, tiek vidinė (pačio energijos šaltinio viduje) trukdo srovei praeiti. Vadinamas dydis, apibūdinantis elektros grandinės varžą elektros srovei elektrinė varža.
Elektros energijos šaltinis, įtrauktas į uždarą elektros grandinę, eikvoja energiją išorinių ir vidinių grandinių atsparumui įveikti.
Elektros varža nurodoma raide r ir yra pavaizduotas diagramose, kaip parodyta Fig. 14, a.

Atsparumo vienetas yra omas. Om yra linijinio laidininko elektrinė varža, kurioje, esant pastoviam vieno volto potencialų skirtumui, teka vieno ampero srovė, t.y.

Matuojant dideles varžas, naudojami tūkstančio ir milijono kartų omų vienetai. Jie vadinami kiloomais ( com) ir megohmas ( Mama), 1 com = 1000 ohm; 1 Mama = 1 000 000 ohm.
Įvairiose medžiagose yra skirtingas laisvųjų elektronų skaičius, o atomai, tarp kurių šie elektronai juda, turi skirtingą išsidėstymą. Todėl laidininkų atsparumas elektros srovei priklauso nuo medžiagos, iš kurios jie pagaminti, nuo laidininko ilgio ir skerspjūvio ploto. Jei palyginsite du tos pačios medžiagos laidininkus, ilgesnis laidininkas turi didesnę varžą lygių plotų skerspjūvių, o didelio skerspjūvio laidas turi mažesnę varžą vienodam ilgiui.
Santykiniam laidininko medžiagos elektrinių savybių įvertinimui naudojama jo savitoji varža. Atsparumas yra 1 ilgio metalinio laidininko varža m ir skerspjūvio plotas 1 mm 2 ; žymimas raide ρ ir matuojamas
Jei laidininkas, pagamintas iš medžiagos, kurios varža ρ, turi ilgį l metrų ir skerspjūvio ploto q kvadratinių milimetrų, tada šio laidininko varža

(18) formulė rodo, kad laidininko varža yra tiesiogiai proporcinga medžiagos, iš kurios jis pagamintas, varžai, taip pat jo ilgiui ir atvirkščiai proporcinga skerspjūvio plotui.
Laidininkų varža priklauso nuo temperatūros. Metalinių laidininkų varža didėja didėjant temperatūrai. Ši priklausomybė yra gana sudėtinga, tačiau palyginti siaurame temperatūros pokyčių diapazone (iki maždaug 200 ° C) galime daryti prielaidą, kad kiekvienam metalui yra tam tikras vadinamasis atsparumo temperatūrai koeficientas (alfa), kuris išreiškia temperatūros padidėjimą. laidininko varža Δ r kai temperatūra pasikeičia 1°C, nurodyta 1 ohm pradinis pasipriešinimas.
Taigi, atsparumo temperatūros koeficientas

ir atsparumo padidėjimas

Δ r = r 2 - r 1 = α r 2 (T 2 - T 1) (20)

Kur r 1 - laidininko varža esant temperatūrai T 1 ;
r 2 - to paties laidininko varža esant temperatūrai T 2 .
Paaiškinkime pasipriešinimo temperatūros koeficiento išraišką naudodami pavyzdį. Tarkime, kad varinė linijinė viela esant temperatūrai T 1 = 15° turi atsparumą r 1 = 50 ohm, ir esant temperatūrai T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Todėl pasipriešinimo padidėjimas, kai temperatūra pasikeičia 75 - 15 = 60°, yra 62 - 50 = 12 ohm. Taigi pasipriešinimo padidėjimas, atitinkantis temperatūros pokytį 1°, yra lygus:

Vario atsparumo temperatūros koeficientas yra lygus pasipriešinimo padidėjimui, padalytam iš 1 ohm pradinis pasipriešinimas, t.y. padalintas iš 50:

Remiantis (20) formule, galima nustatyti ryšį tarp varžų r 2 ir r 1:

(21)

Reikėtų nepamiršti, kad ši formulė yra tik apytikslė atsparumo priklausomybės nuo temperatūros išraiška ir negali būti naudojama matuojant atsparumą aukštesnėje nei 100 ° C temperatūroje.
Reguliuojamos varžos vadinamos reostatai(14 pav., b). Reostatai gaminami iš didelės varžos vielos, pavyzdžiui, nichromo. Reostatų varža gali skirtis vienodai arba pakopomis. Taip pat naudojami skysti reostatai, kurie yra metalinis indas, užpildytas kokiu nors tirpalu, kuris praleidžia elektros srovę, pavyzdžiui, sodos tirpalu vandenyje.
Laidininko gebėjimas praleisti elektros srovę apibūdinamas laidumu, kuris yra varžos grįžtamasis dydis ir žymimas raide g. SI laidumo vienetas yra (Siemens).

Taigi laidininko varžos ir laidumo ryšys yra toks.

Laidininko varža – tai medžiagos gebėjimas neleisti tekėti elektros srovei. Įskaitant kintamos aukšto dažnio įtampos odos poveikį.

Fiziniai apibrėžimai

Medžiagos skirstomos į klases pagal varžą. Svarstoma vertė – atsparumas – laikoma pagrindine ir leis graduoti visas gamtoje randamas medžiagas:

Laidininkai yra medžiagos, kurių savitoji varža yra iki 10 μΩ m. Taikoma daugumai metalų, grafito.
Dielektrikai - varža 100 MΩ m - 10 PΩ m. Peta priešdėlis naudojamas penkioliktosios dešimties galios kontekste.
Puslaidininkiai yra elektrinių medžiagų grupė, kurios savitoji varža svyruoja nuo laidininkų iki dielektrikų.

Vadinamas specifinis pasipriešinimas, leidžiantis apibūdinti 1 metro ilgio vielos, kurios plotas yra 1, parametrus. kvadratinis metras. Dažniau naudoti skaičius nepatogu. Tikro kabelio skerspjūvis yra daug mažesnis. Pavyzdžiui, PV-3 plotas yra dešimtys milimetrų. Skaičiavimas supaprastinamas, jei naudojate omų kv.mm/m vienetus (žr. pav.).

Metalo varža

Specifinis pasipriešinimas žymimas graikiška raide „rho“; norėdami gauti pasipriešinimo indikatorių, padauginame vertę iš ilgio, padalijus iš mėginio ploto. Perskaičiavimas tarp standartinių matavimo vienetų Ohm m, dažniausiai naudojamas skaičiavimams, rodo: ryšys nustatomas per šeštąją dešimties laipsnį. Kartais informacijos apie vario varžą galite rasti tarp lentelės verčių:

168 µOm m;
0,00175 omo kv. Mmm.

Nesunku pastebėti, kad skaičiai skiriasi maždaug 4 %; įsitikinkite konvertuodami vienetus. Tai reiškia, kad skaičiai pagrįsti vario rūšimi. Jei prireiks tikslių skaičiavimų, klausimas bus tikslinamas toliau, atskirai. Informacija apie bandinio savitąją varžą gaunama grynai eksperimentiniu būdu. Prie multimetro kontaktų prijungiamas žinomo skerspjūvio ir ilgio vielos gabalas. Norint gauti atsakymą, reikia padalyti rodmenis iš mėginio ilgio, padauginti iš skerspjūvio ploto. Testuose būtina pasirinkti autentiškesnį pavyzdį, sumažinant paklaidą iki minimumo. Didelė dalis testerių nėra pakankamai tikslūs, kad gautų tinkamas vertes.

Taigi, tiems, kurie bijo fizikų ir labai nori įvaldyti kinų multimetrus, dirbti su varža yra nepatogu. Daug lengviau paimti gatavą gabalą (ilgiau) ir įvertinti viso kūrinio parametrą. Praktiškai omų trupmenos vaidina nedidelį vaidmenį; šie veiksmai atliekami siekiant įvertinti nuostolius. Tiesiogiai lemia grandinės sekcijos aktyvioji varža ir kvadratiškai priklauso nuo srovės. Atsižvelgdami į tai, kas išdėstyta pirmiau, pažymime: elektros inžinerijos laidininkai paprastai skirstomi į dvi kategorijas pagal pritaikymą:

Didelio laidumo, didelio atsparumo medžiagos. Pirmieji naudojami kabeliams kurti, antrieji – varžoms (rezistoriams). Lentelėse nėra aiškaus skirtumo, atsižvelgiama į praktiškumą. Sidabras su maža varža visai nenaudojamas laidams gaminti, o retai – prietaisų kontaktams. Dėl akivaizdžių priežasčių.
Aukšto elastingumo lydiniai naudojami kuriant lanksčias srovę vedančias dalis: spyruokles, kontaktorių darbines dalis. Atsparumas paprastai turi būti minimalus. Akivaizdu, kad įprastas varis, kuris iš prigimties yra aukštas laipsnis plastiškumas.
Lydiniai su aukštu arba žemu temperatūriniu plėtimosi koeficientu. Pirmieji naudojami kaip pagrindas sukurti bimetalines plokštes, kurios struktūriškai yra pagrindas. Pastarieji sudaro Invar lydinių grupę. Dažnai reikalaujama ten, kur svarbu geometrine forma. Juose yra gijų laikikliai (brangaus volframo pakeitimas) ir vakuumui nelaidžios jungtys sandūroje su stiklu. Tačiau dar dažniau Invar lydiniai neturi nieko bendra su elektra, jie naudojami kaip staklių ir instrumentų dalis.

Varžinės ir ominės varžos santykio formulė

Fizinis elektros laidumo pagrindas

Laidininko varža pripažįstama elektros laidumo atvirkštine verte. Šiuolaikinėje teorijoje nėra iki galo nustatyta, kaip vyksta srovės formavimosi procesas. Fizikai dažnai atsitrenkia į sieną, stebėdami reiškinį, kurio niekaip nepavyko paaiškinti anksčiau iškeltų koncepcijų požiūriu. Šiandien juostos teorija laikoma dominuojančia. Reikalingas atvežti trumpa ekskursija idėjų apie materijos sandarą plėtra.

Iš pradžių buvo manoma, kad materiją vaizduoja teigiamai įkrauta medžiaga su joje plūduriuojančiais elektronais. Taip manė gerai žinomas lordas Kelvinas (g. Thomson), kurio vardu buvo pavadintas absoliučios temperatūros matavimo vienetas. Rutherfordas pirmasis padarė prielaidą apie planetų atomų sandarą. 1911 m. iškelta teorija buvo pagrįsta tuo, kad alfa spinduliuotę nukreipė didelės dispersijos medžiagos (atskiros dalelės labai ženkliai pakeitė skrydžio kampą). Remdamasis esamomis prielaidomis, autorius padarė išvadą: teigiamas atomo krūvis yra sutelktas mažame erdvės regione, kuris buvo vadinamas branduoliu. Atskirų atvejų, kai smarkiai nukrypsta skrydžio kampas, yra dėl to, kad dalelės kelias ėjo arti branduolio.

Tai nustato atskirų elementų ir skirtingų medžiagų geometrinių matmenų ribas. Buvo padaryta išvada, kad aukso šerdies skersmuo patenka į 15 val. ribą (piko yra neigiamos dvyliktosios dešimties laipsnio priešdėlis). Tolimesnis vystymas Medžiagų sandaros teoriją Boras atliko 1913 m. Remdamasis vandenilio jonų elgesio stebėjimais, jis padarė išvadą: atomo krūvis yra vienetas, o masė buvo maždaug viena šešioliktoji deguonies masės. Bohras pasiūlė, kad elektroną laiko patrauklios jėgos, apibrėžtos Kulono. Todėl kažkas neleidžia jam nukristi ant šerdies. Bohras pasiūlė, kad kalta išcentrinė jėga, atsirandanti dalelei sukant orbitoje.

Svarbų išdėstymo pakeitimą padarė Sommerfeldas. Jis padarė prielaidą, kad orbitos yra elipsės, įvedė dvi kvantiniai skaičiai, apibūdinanti trajektoriją – n ir k. Bohras pažymėjo: Maxwello modelio teorija žlunga. Judanti dalelė turi sukurti magnetinį lauką erdvėje, tada elektronas palaipsniui nukristų į branduolį. Vadinasi, turime pripažinti: yra orbitų, kuriose energijos spinduliavimas į kosmosą nevyksta. Pastebėti nesunku: prielaidos prieštarauja viena kitai, dar kartą primindamos: laidininko varža, kaip fizikinis dydis, šiandien nėra toks dalykas, kurį fizikai gali paaiškinti.

Kodėl? Juostos teorija savo pagrindu pasirinko Boro postulatus, kuriuose teigiama: orbitų padėtis yra diskrečios, iš anksto apskaičiuotos, o geometriniai parametrai yra susiję tam tikrais ryšiais. Mokslininko išvadas reikėjo papildyti bangų mechanika, nes sukurti matematiniai modeliai buvo bejėgiai paaiškinti kai kuriuos reiškinius. Šiuolaikinė teorija sako: kiekvienai medžiagai elektronų būsenoje yra trys zonos:

Valentinė elektronų juosta, glaudžiai susijusi su atomais. Norint nutraukti ryšį, reikia daug energijos. Valentinės juostos elektronai laidyje nedalyvauja.
Laidumo juosta, elektronai, kai medžiagoje atsiranda lauko stiprumas, sudaro elektros srovę (tvarkingas krūvininkų judėjimas).
Juostos tarpas yra energijos būsenų sritis, kurioje įeina elektronai normaliomis sąlygomis negali ten būti.

Nepaaiškinama Jungo patirtis

Pagal juostos teoriją laidininko laidumo juosta persidengia su valentine juosta. Susidaro elektronų debesis, kurį lengvai nuneša elektrinio lauko stiprumas, sudarydamas srovę. Dėl šios priežasties laidininko varža yra tokia maža. Be to, mokslininkai bergždžiai stengiasi paaiškinti, kas yra elektronas. Tai tik žinoma: elementarioji dalelė pasižymi banginėmis ir korpuskulinėmis savybėmis. Heisenbergo neapibrėžtumo principas nustato faktus: neįmanoma vienu metu 100% tikimybe nustatyti elektrono vietą ir jo energiją.

Kalbant apie empirinę dalį, mokslininkai pažymėjo: Youngo eksperimentas su elektronais duoda įdomų rezultatą. Mokslininkas perleido fotonų srautą per du glaudžius skydo plyšius, todėl atsirado trikdžių modelis, sudarytas iš juostelių. Jie pasiūlė atlikti bandymą su elektronais, įvyko žlugimas:

Jei elektronai praeina pluoštu per du plyšius, susidaro interferencijos modelis. Atrodo, kad fotonai juda.
Jei elektronai paleidžiami po vieną, niekas nepasikeičia. Todėl... viena dalelė atsispindi nuo savęs, egzistuoja keliose vietose vienu metu?
Tada jie pradėjo bandyti fiksuoti momentą, kai elektronas perėjo per skydo plokštumą. Ir... trukdžių modelis dingo. Priešais plyšius liko dvi dėmės.

Poveikis yra bejėgis paaiškinti mokslinis taškas regėjimas. Pasirodo, elektronai „atspėja“ apie vykdomą stebėjimą ir nustoja rodyti bangines savybes. Rodo apribojimus šiuolaikinės idėjos fizika. Būtų gerai, jei būtume tuo patenkinti! Kitas mokslo žmogus pasiūlė stebėti daleles, kai jos jau praėjo pro plyšį (skrido tam tikra kryptimi). Ir ką? Vėlgi, elektronai nustojo rodyti bangines savybes.

Paaiškėja, elementariosios dalelės grįžo laiku atgal. Tą akimirką, kai jie praėjo tarpą. Į ateities paslaptį įsiskverbėme sužinoję, ar bus vykdomas sekimas. Atsižvelgiant į faktą, elgesys buvo pakoreguotas. Akivaizdu, kad atsakymas negali būti tiesioginis. Paslapties sprendimas laukia iki šiol. Beje, XX amžiaus pradžioje iškelta Einšteino teorija dabar paneigta: rasta dalelių, kurių greitis viršija šviesą.

Kaip susidaro laidininko varža?

Šiuolaikiniai vaizdai sako: laisvieji elektronai juda išilgai laidininko maždaug 100 km/s greičiu. Lauko, atsirandančio viduje, įtaka yra užsakytas dreifas. Nešiklio judėjimo išilgai įtempimo linijų greitis yra mažas, siekia kelis centimetrus per minutę. Jų judėjimo metu elektronai susiduria su kristalinės gardelės atomais ir tam tikra energijos dalis virsta šiluma. O šios transformacijos matas dažniausiai vadinamas laidininko varža. Kuo jis didesnis, tuo daugiau elektros energijos paverčiama šiluma. Tuo grindžiamas šildytuvų veikimo principas.

Kontekstui lygiagreti yra ir skaitinė medžiagos laidumo išraiška, kurią galima pamatyti paveiksle. Norint gauti pasipriešinimą, vienas dalijamas iš nurodyto skaičiaus. Tolesnių transformacijų eiga aptarta aukščiau. Matyti, kad varža priklauso nuo parametrų – elektronų temperatūrinio judėjimo ir laisvo jų kelio, kuris tiesiogiai veda į medžiagos kristalinės gardelės struktūrą. Paaiškinimas: laidininkų varža skiriasi. Varis turi mažiau aliuminio.

Pamokoje pasikalbėsime apie srovės priklausomybę grandinėje nuo įtampos ir bus pristatyta tokia sąvoka kaip laidininko varža ir varžos matavimo vienetas. Bus nagrinėjamas skirtingas medžiagų laidumas ir jo atsiradimo priežastys bei priklausomybė nuo medžiagos kristalinės gardelės struktūros.

Tema: Elektromagnetiniai reiškiniai

Pamoka: laidininko elektrinė varža. Atsparumo vienetas

Pradėkime pasakodami, kaip mes iki to priėjome fizinis kiekis, kaip elektrinė varža. Tiriant elektrostatikos principus, jau buvo kalbėta apie tai, kad skirtingos medžiagos turi skirtingas laidumo, t.y. laisvai įkrautų dalelių perdavimo savybes: metalai pasižymi geru laidumu, todėl ir vadinami laidininkais, mediena ir plastikai pasižymi itin prastu laidumu, kuris todėl jie vadinami nelaidininkais (dielektrikai). Tokios savybės paaiškinamos medžiagos molekulinės struktūros ypatumais.

Pirmuosius bandymus tirti medžiagų laidumo savybes atliko keli mokslininkai, tačiau vokiečių mokslininko Georgo Ohmo (1789-1854) eksperimentai įėjo į istoriją (1 pav.).

Ohmo eksperimentai buvo tokie. Jis naudojo srovės šaltinį, įrenginį, galintį įrašyti srovę, ir įvairius laidininkus. Prie surinktos elektros grandinės prijungus įvairius laidininkus, jis įsitikino bendra tendencija: didėjant įtampai grandinėje, didėja ir srovė. Be to, Ohmas pastebėjo labai svarbų reiškinį: jungiant skirtingus laidininkus, srovės stiprumo padidėjimo priklausomybė didėjant įtampai pasireiškė skirtingai. Tokios priklausomybės gali būti pavaizduotos grafiškai, kaip parodyta 2 pav.

Ryžiai. 2.

Grafike abscisių ašyje rodoma įtampa, o ordinačių ašyje – srovės stiprumas. Koordinačių sistemoje nubraižyti du grafikai, kurie parodo, kad skirtingose grandinėse, didėjant įtampai, srovės stiprumas gali didėti skirtingais tempais.

Atlikdamas savo eksperimentus Georgas Ohmas daro išvadą, kad įvairūs dirigentai turi įvairių savybių laidumas. Dėl šios priežasties buvo įvesta elektrinės varžos sąvoka.

Apibrėžimas. Vadinamas fizikinis dydis, apibūdinantis laidininko savybę paveikti juo tekančią elektros srovę elektrinė varža.

Paskyrimas:R.

Vienetas: Ohm.

Atlikus minėtus eksperimentus, buvo nustatyta, kad įtampos ir srovės santykis grandinėje priklauso ne tik nuo laidininko medžiagos, bet ir nuo jo dydžio, apie kurį bus kalbama atskiroje pamokoje.

Išsamiau aptarkime tokios sąvokos kaip elektrinė varža atsiradimą. Šiandien jos prigimtis yra gana gerai paaiškinta. Laisvieji elektronai judėdami nuolat sąveikauja su jonais, kurie sudaro kristalinės gardelės dalį. Taigi elektronų judėjimo medžiagoje sulėtėjimas dėl susidūrimų su kristalinės gardelės mazgais (atomais) sukelia elektrinės varžos pasireiškimą.

Be elektrinės varžos, įvedamas dar vienas susijęs dydis – elektros laidumas, kuris yra abipusis varžai.

Apibūdinkime priklausomybes tarp dydžių, kuriuos įvedėme per kelias paskutines pamokas. Jau žinome, kad didėjant įtampai, didėja ir srovės stiprumas grandinėje, t.y. jos yra proporcingos:

Kita vertus, didėjant laidininko varžai, pastebimas srovės stiprumo mažėjimas, ty jie yra atvirkščiai proporcingi:

Eksperimentai parodė, kad šios dvi priklausomybės lemia tokią formulę:

Todėl iš to galime gauti, kaip išreiškiamas 1 omas:

Apibrėžimas. 1 omas yra varža, kuriai esant įtampa laidininko galuose yra 1 V, o srovė per jį yra 1 A.

1 omo varža yra labai maža, todėl, kaip taisyklė, praktiškai naudojami laidininkai, kurių varža daug didesnė – 1 kOhm, 1 Mohm ir kt.

Apibendrinant galime daryti išvadą, kad srovė, įtampa ir varža yra tarpusavyje susiję dydžiai, turintys įtakos vienas kitam. Apie tai išsamiai kalbėsime kitoje pamokoje.

Bibliografija

Gendenšteinas L. E., Kaidalovas A. B., Koževnikovas V. B. Fizika 8 / Red. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010 m.
Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselevas D. F. Fizika 8. - M.: Švietimas.

Papildomas prekomenduojamos nuorodos į interneto išteklius

Elektriko mokykla ().
Elektros inžinerija ().

Namų darbai

Puslapis 99: klausimai Nr. 1-4, pratimas Nr. 18. Peryshkin A. V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010 m.
Jei įtampa rezistoriuje yra 8 V, srovė lygi 0,2 A. Kokios įtampos srovė rezistoriuje bus 0,3 A?
Elektros lemputė jungiama į tinklą 220 V Kokia lemputės varža, jei, esant uždarytam jungikliui, į grandinę prijungtas ampermetras rodo 0,25 A?
Parengti pranešimą apie mokslininkų, padėjusių pagrindą nuolatinės srovės dėsnių tyrimams, gyvenimo biografiją ir mokslinius atradimus.