Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчёт сопротивления проводника. Удельное сопротивление

Расчёт сопротивления проводников

Электрическое сопротивление проводника происходит из-за взаимодействия электрона с ионами кристаллической решетки.

Сопротивление проводника зависит от:

  • — его длины,
  • — площади поперечного сечения
  • — от вещества из которого он изготовлен,

а также сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

Чтобы посчитать зависимость сопротивления от вещества, из которого изготовляют проводник, надо вычислить его удельное сопротивление.

Удельное сопротивление — физическая величина которая определяет сопротивление проводника из данного вещества длиной 1м, и площадью поперечного сечения 1м^2.

  • Удельное сопротивление обозначается буквой — p.
  • Длина — l.
  • Площадь поперечного сечения — S.
  • Сопротивление проводника обозначим буквой R.

В итоге мы получим формулу:

Получим еще несколько разновидностей формул:

l = R*S/p ; S = p*l/R ; p = R*S/l

Единицей сопротивления является 1 Ом, следовательно единица удельного сопротивления будет:

1 Ом*1м^2/1м или 1 Ом*м, следуя из формулы p = R*S/l

Также площадь поперечного сечения можно выражать в квадратных миллиметрах, тогда мы получим такую формулу:

Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро (0,016) и медь (0,017), следовательно они лучше проводят электричество.

Эбонит(10^20) и фарфор(10^19) имеют очень большое удельное сопротивление и почти не проводят электрический ток, их используют для изоляторов.

Реостаты

Реостат — прибор, который используется для регулирования силы тока в цепи.

Самый простой реостат — проволока с большим удельным сопротивлением , такая как никелиновая или нихромовая.

Виды реостатов:

Ползунковый реостат — еще один вид реостатов , в котором стальная проволока намотана на керамический цилиндр.Проволока покрыта тонким слоем окалины , которая не проводит электрический ток , поэтому ее витки изолированы друг от друга.Над обмоткой — металлический стержень по которому перемещается ползунок .

Он прижат к виткам обмотки.От трения ползунка о витки слой окалины стирается и электрический ток в цепи проходит от витков проволоки к ползунку, потом в стержень.Когда реостат подключили в цепь , можно передвигать ползунок , таким образом увеличивать или уменьшать сопротивление реостата.

Жидкостный реостат — представляет бак с электролитом, в который погружаются металлические пластины.

Проволочный реостат — cостоит из проволоки из материала в котором высокое удельное сопротивление, натянутый на раму.

Нельзя превышать силу тока реостата, потому что обмотка реостата может перегореть.

Реостат мы часто применяем в повседневной жизни, например, регулируя громкость телевизора и радио, увеличивая и уменьшая скорость езды на машине.

Нужна помощь в учебе?

Все неприличные комментарии будут удаляться.

Урок по теме «Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление»

Разделы: Физика

Вид урока: комбинированный с компьютерной поддержкой.

Тип урока: урок самостоятельного приобретения знаний.

Цель урока: выяснить, как зависит сопротивление проводника от его геометрических размеров и материала, из которого изготовлен проводник.

Задачи:

    Образовательные: изучить зависимость сопротивления проводника от длины, площади поперечного сечения и материала из которого изготовлен данный проводник; ввести понятие “удельное сопротивление” и его единицы измерения;
  • Развивающие: формирование умений проводить обобщения; развитие мыслительной деятельности учащихся с помощью решения исследовательских задач; развитие практических умений и навыков;
  • Воспитательные: воспитание внимательности, аккуратности в обращении с измерительными приборами; воспитание познавательного интереса к предмету; формирование умения строить логическую цепочку рассуждений.

Оборудование: персональный компьютер, проектор, экран, презентация “Расчет сопротивления проводников”, диск “Школьный физический эксперимент”, источник тока, амперметр, вольтметр, резисторы различного поперечного сечения и удельного сопротивления, реохорд, соединительные провода.

Литература:

  1. Китайгородский А.И. Физика для всех: Электроны. – 3-е изд., стер. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.- 208 с.
  2. Перышкин А.В. Физика. 8 кл.:учеб. для общеобразоват. учреждений. – 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004. – 192 с.
  3. http://school-collection.edu.ru/

Педагогические технологии: здоровьесберегающая, проблемное обучение, личностно-ориентированное.

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний – выполнение самостоятельной работы.

3. Взаимопроверка выполненной самостоятельной работы

4. Изучение нового материала

5. Выполнение лабораторного опыта

6. Работа с учебником

7. Решение задач

8. Игровой момент.

9. Домашнее задание

Ребята мы с вами уже выяснили, что сопротивление проводника зависит от силы тока и напряжения. Но как вы думаете, от каких еще параметров зависит сопротивление проводника?

— Это мы и выясним сегодня на уроке. Но сначала выполним небольшую самостоятельную работу.

Учащиеся выполняют самостоятельную работу (7 мин.)

В карточке ответы расположены в произвольном порядке. Необходимо привести их в соответствие с вопросами.

1. Электрическим током в металлах называется…1. 1 В
2. Сила тока вычисляется по формуле2. .
3. Амперметр включается в цепь3. напряжения.
4. Единица измерения напряжения4.
5. Гальванический элемент на схеме обозначается5. последовательно с приборами.
6. Электрическая лампа на схеме обозначается6. упорядоченное движение свободных электронов.
7. Вольтметр прибор для измерения…7. I = q/t

В карточке ответы расположены в произвольном порядке. Необходимо привести их в соответствие с вопросами.

1. Электрическим током называется .1. U = A/q
2. Вольтметр включается в цепь2. силы тока.
3. Единица измерения сопротивления3.
4. Предохранитель обозначается на схеме4. упорядоченное движение заряженных частиц.
5. Напряжение вычисляется по формуле .5.
6. Амперметр прибор для измерения6. 1 Ом.
7. Звонок на схеме обозначается7. параллельно к прибору.

Взаимопроверка: после выполнения самостоятельной работы учащиеся меняются тетрадями и проверяют выполненную работу другого вариант и выставляют отметку (ответы слайд № 2).

Цель урока формулируется вместе с учащимися (слайд № 4).

Класс делится на группы и выполняет лабораторный опыт.

На столах находятся собранные цепи, по которой им нужно начертить схемы и определить сопротивления проводника, используя закон Ома для участка цепи (слайд № 6, 7)

Читать еще:  Смолы HIKOTACK, HIKOREZ, SUKOREZ для термоклея (5431 просмотров)

Из проделанного опыта выясняем, что сопротивление проводника зависит от длины проводника, R l; площади поперечного сечения R 1/S и материала из которого изготовлен данный проводник R . (слайд № 8).

R – сопротивление проводника, Ом

– удельное сопротивление проводника

S – площадь поперечного сечения проводника, мм 2

l – длина проводника, м (слайд 9)

Просмотр диска Школьный физический эксперимент “Зависимость сопротивления проводника от его длины”.

Удельное сопротивление указывает на то, из какого материала изготовлен данный проводник.

Запись единицы измерения удельного сопротивления проводника.

Анализ таблицы № 8 “Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ” с. 105.

— Какой материал обладает наибольшим удельным сопротивлением?

— Какой материал обладает наименьшим удельным сопротивлением?

— Как вы думает, что это значит, если материал обладает наибольшим (наименьшим) удельным сопротивлением.

Решение задачи. Рассчитать, сопротивления проводника зная его геометрические размеры и материал, из которого он изготовлен (каждой группе выдаются свои задачи)

  • 1 группа. Нихромовый проводник длиной 0,64 м и площадью поперечного сечения 0,05 мм 2
  • 2 группа Нихромовый проводник длиной 0,35м и площадью поперечного сечения 0,1 мм 2
  • 3 группа Константановый проводник площадью поперечного сечения 0,16 мм 2 и длиной 0,25 м.
  • 4 группа Константановый проводник площадью поперечного сечения 0,38 мм 2 и длиной 0,6 м.
  • 5 группа Константановый проводник площадью поперечного сечения 0,02 мм 2 и длиной 0,56 м.
  • 6 группа Константановый проводник площадью поперечного сечения 0,02 мм 2 и длиной 0,8 м.

Игровой момент (слайды № 12,13). Показывается условные обозначения приборов, вспомнить его название и выбрать необходимую букву из этого слова

2713456
молодцы

Показывается условное обозначение приборов: 1. амперметр, 2. резистор, 3. лампа, 4. звонок, 5. предохранитель, отрицательный полюс, 7. зажимы

Разбор решенных задач на применение формулы сопротивления проводника рассмотреть на примере решенных задач в учебнике (слайды № 15, 16)

Решить задачу: Определите силу тока в железном проводнике длиной 150 м и площадью поперечного сечения 0,25 мм 2 включенном в цепь с напряжением 220 В.

Домашнее задание: параграфы 45, 46 упр. 20 № 2, 3

Итог урока. Итак, мы сегодня с вами познакомились, каким образом можно определить сопротивление проводника, зная его геометрические размеры и материал из которого он изготовлен.

Конспект урока по теме «Расчет сопротивления проводников. Удельное сопротивление. Реостаты»

Конспект урока по теме

«Расчет сопротивления проводников.

Удельное сопротивление. Реостаты»

Цель урока: Построение физической и математической модели сопротивления проводника и применение её для расчета характеристик электрического тока в цепи.

Основной материал: Установление на опыте зависимости проводника от его длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен. Удельное сопротивление. Единица удельного сопротивления. Формула для расчета сопротивления проводника. Назначение, устройство, действие и условное обозначение реостата.

Опыт – самый лучший наставник.

Овидий (43 до н. э. – ок. 18 н. э.)

Природа питает всю вселенную.

Макробий (IVV вв. н. э.)

Модель урока

1.Актуализация познавательного опыта, лежащего в основе построения нового способа действия. Мотивация учебной деятельности.

Вступление: «Все подчинено определенному закону» (Манилий). «Самой природой так заведено» (Тит Ливий). Не обращать внимания на законы природы глупо. Наши попытки изменить законы природы бессмысленны. Использовать их себе во благо и во вред врагам разумно. Но чтобы законы природы стали твоими союзниками, их надо знать и уметь применять для решения тех проблем, которые подкидывает тебе постоянно сама природа.

2.Изучение нового материала.

Опыт №1: Между двумя штативами натянут провод, по которому пропускают электрический ток. Измеряют силу тока в цепи и напряжение на участке провода. Потом измеряют напряжение на участке провода, длина которого больше в 2 или 3 раза. В третий раз измеряют напряжение на всем участке провода. Вычисляют по закону Ома сопротивление во всех трех случаях.

Примечание №1: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку спаянными последовательно одинаковыми резисторами (рис. №1).

Вывод: Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине.

Опыт №2: Между двумя штативами натянута проволока, по которой пропускают ток. Измеряют её сопротивление по величине силы тока и напряжению на этом участке провода. Во втором случае, измеряют сопротивление 2 скрученных между собой таких же проволок. В 3 случае скручивают 3 проволоки и измеряют их сопротивление.

Примечание №2: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку спаянными паралельно одинаковыми резисторами (рис. №1).

Вывод: Сопротивление провода обратно пропорционально его площади поперечного сечения.

Опыт №3: Измеряют сопротивление проволоки медной, стальной и алюминиевой одинаковой длины и одинаковой площади поперечного сечения.

Примечание №3: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку резисторами из разных материалов (рис. №2 и №3).

Вывод: Сопротивление проводника зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник.

Вопрос №1: Как учесть род вещества при расчете сопротивления проводника используемого в электрической цепи?

Ответ: Нужно измерить сопротивления проводников из различных веществ стандартной длины (1 м) и стандартной площадью поперечного сечения (1 м2).

Данная величина называется удельным электрическим сопротивлением.

Вопрос №2: Как теперь рассчитать сопротивление проводника имеющего стандартную площадь поперечного сечения из материала, удельное электрическое сопротивление которого известно, но длина которого в 2, в 3 или 5,5 раз больше стандартной длины?

Ответ: Нужно умножить удельное электрическое сопротивление на длину проводника (СИ).

Читать еще:  Аустенитные нержавеющие стали: структура и свойства

Вопрос №3: Как теперь рассчитать сопротивление проводника имеющего стандартную длину из материала, удельное электрическое сопротивление которого известно, но площадь которого в 3, в 3,5 или 0,3 раз больше стандартной длины?

Ответ: Нужно удельное электрическое сопротивление разделить на площадь проводника (СИ).

Вопрос №4: Как рассчитать сопротивление проводника произвольной длины и произвольной площади поперечного сечения, если известен материал из которого изготовлен этот проводник?

Вопрос №5: Какое влияние на прохождение электрического тока оказывает сопротивление проводника, по которому идет электрический ток?

Ответ: Сопротивление проводника мешает прохождению электрического тока в цепи. Как следует из закона Ома, чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока в нем при неизменном напряжении.

Вопрос №6: Почему же в электрические цепи специально впаивают постоянные сопротивления (резисторы) (рис. №4), если они мешают прохождению электрического тока в цепи?

Ответ: С их помощью регулируют направление электрического тока и величину электрического тока на том или ином участке электрической цепи.

Вопрос №7: Как при необходимости можно регулировать величину электрического тока в цепи?

Ответ: Можно изменять напряжение на этом участке цепи при неизменном его сопротивлении или можно изменять сопротивление этого участка при неизменном напряжении на этом участке цепи.

Эвристическая беседа: Устройство, с помощью которого можно регулировать силу тока в цепи, называется реостатом (рис. №5). Он представляет собой керамический цилиндр, на который намотана в один слой нихромовая проволока покрытая в качестве изоляции окалиной. По этой проволоке может передвигаться скользящий контакт. В месте металлического контакта бегунка и проволоки изоляция истирается. Передвигая контакт, мы изменяем длину провода, по которому проходит электрический ток, и этим самым изменяем силу тока в цепи (рис. №6).

3.Совокупная рефлексия учебной деятельности. Апробация полученной физической модели.

На рисунке №7 изображены различные типы кристаллических решеток. Как объяснить сопротивление проводника с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества свойства? Как объяснить зависимость величины сопротивления проводника от рода вещества, из которого он изготовлен? от его длины? от площади его поперечного сечения?

Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление.

Мы знаем, что причиной электрического сопротивления проводника является взаимодействие электронов с ионами кристаллической решетки металла (§ 43). Поэтому можно предположить, что сопротивление проводника зависит от его длины и площади поперечного сечения, а также от вещества, из которого он изготовлен.

На рисунке 74 изображена установка для проведения такого опыта. В цепь источника тока по очереди включают различные проводники, например:

1) никелиновые проволоки одинаковой толщины, но разной длины;

2) никелиновые проволоки одинаковой длины, но разной толщины (разной площади поперечного сечения);

3) никелиновую и нихромовую проволоки одинаковой длины и толщины.

Силу тока в цепи измеряют амперметром, напряжение вольтметром.

Зная напряжение на концах проводника и силу тока в нем, по закону Ома можно определить сопротивление каждого из проводников.

Выполнив указанные опыты, мы установим, что:

1) из двух никелиновых проволок одинаковой толщины более длинная проволока имеет большее сопротивление;

2) из двух никелиновых проволок одинаковой длины большее сопротивление имеет проволока с меньшим поперечным сечением;

3) никелиновая и нихромовая проволоки одинаковых размеров имеют разное сопротивление.

Зависимость сопротивления проводника от его размеров и вещества, из которого изготовлен проводник, впервые на опытах изучил Ом. Он установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

Как учесть зависимость сопротивления от вещества, из которого изготовляют проводник? Для этого вычисляют так называемое удельное сопротивление вещества.

Удельное сопротивление — это физическая величина, которая определяет сопротивление проводника из данного вещества длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 м².

Введем буквенные значения: Р — удельное сопротивление, l- его длина, S – площадь поперечного сечения проводника. Тогда сопротивление проводника R выразится формулой

R=

Из последней формулы можно определить единицу удельного сопротивления. Так как единицей сопротивления является 1 Ом, единицей площади поперечного сечения — 1 м², а единицей длины 1 м, то единицей сопротивления будет: 1 Ом • м

Удобнее выражать площадь поперечного сечения проводника в квадратных миллиметрах, так как она чаще всего бывает небольшой. Тогда единицей yдeльного сопротивления будет:

В таблице 8 приведены значения удельных сопротивлений некоторых веществ при 20˚С. Удельное сопротивление с изменением температуры меняется. Опытным путем было установлено, что у металлов, например, удельное сопротивление с повышением температуры увеличивается.

Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. Следовательно, серебро и медь — лучшие проводники электричества.

При про водке электрических цепей используют алюминиевые, медные и железные про вода.

Во многих случаях бывают нужны приборы, имеющие большое сопротивление. Их изготавливают из специально созданных сплавов — веществ с большим удельным сопротивление. Например, как видно из таблицы 8, сплав нихром имеет удельное сопротивление почти в 40 раз большее, чем алюминий.

Фарфор и эбонит имеют такое большое удельное сопротивление, что почти совсем не проводят электрический ток, их используют в качестве изоляторов.

Как рассчитать сопротивление провода — инструкция с таблицами и формулами

  • Формула для расчета
  • Удельное сопротивление
  • Расчет по диаметру
  • Обязательны ли расчеты?

Формула для расчета

Любые вычисления начинаются с формулы. Основной формулой для расчета сопротивления проводника является:

R=(ρ*l)/S

Где R – сопротивление в Омах, ρ – удельное сопротивление, l – длина в м, S – площадь поперечного сечения провода в мм 2 .

Эта формула подходит для расчета сопротивления провода по сечению и длине. Из неё следует, что в зависимости от длины изменяется сопротивление, чем длиннее – тем больше. И от площади сечения – наоборот, чем толще провод (большое сечение), тем меньше сопротивление. Однако непонятной остаётся величина, обозначенная буквой ρ (Ро).

Читать еще:  Нержавеющие хромистые (ферритные и мартенситные) стали.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление – это табличная величина, для каждого металла она своя. Она нужна для расчета и зависит от кристаллической решетки металла и структуры атомов.

Из таблицы видно, что самое меньшее сопротивление у серебра, для медного кабеля оно равняется 0,017 Ом*мм 2 /м. Такая размерность говорит нам, сколько приходится Ом при сечении в 1 миллиметр квадратный и длине в 1 метр.

Кстати, серебряное покрытие используется в контактах коммутационных аппаратов, автоматических выключателей, реле и прочего. Это снижает переходное контактное сопротивление, повышает срок службы и уменьшает нагрев контактов. При этом в контактах измерительной и точной аппаратуры используют позолоченные контакты из-за того, что они слабо окисляются или вообще не окисляются.

У алюминия, который часто использовался в электропроводке раньше, сопротивление в 1,8 раза больше чем у меди, равняется 2,82*10 -8 Ом*мм 2 /м. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он греется. Поэтому при одинаковом сечении алюминиевый кабель может передать меньший ток, чем медный, это и стало основной причиной почему все современные электрики используют медную электропроводку. У нихрома, который используется в нагревательных приборах оно в 100 раз больше чем у меди 1,1*10 -6 Ом*мм 2 /м.

Расчет по диаметру

На практике часто бывает так, что площадь поперечного сечения жилы не известна. Без этого значения ничего рассчитать не получится. Чтобы узнать её, нужно измерить диаметр. Если жила тонка, можно взять гвоздь или любой другой стержень, намотать на него 10 витков провода, обычной линейкой измерить длину получившейся спирали и разделить на 10, так вы узнаете диаметр.

Ну, или просто замерить штангенциркулем. Расчет сечения выполняется по формуле:

Обязательны ли расчеты?

Как мы уже сказали, сечение провода выбирают исходя из предполагаемого тока и сопротивления металла, из которого изготовлены жилы. Логика выбора заключается в следующем: сечение подбирают таким способом, чтобы сопротивление при заданной длине не приводило к значительным просадкам напряжения. Чтобы не проводить ряд расчетов, для коротких линий (до 10-20 метров) есть достаточно точные таблицы:

В этой таблице указаны типовые значения сечения медных и алюминиевых жил и номинальные токи через них. Для удобства указана мощность нагрузки, которую выдержит эта линия. Обратите внимание на разницу в токах и мощности при напряжении 380В, естественно, что это предполагается трёхфазная электросеть.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, как рассчитать сечение проводника, а также предоставлены примеры расчетных работ:

Расчет сопротивления провода сводится к использованию пары формул, при этом вы можете скачать готовые калькуляторы из Плэй Маркета для своего смартфона, например, «Electrodroid» или «Мобильный электрик». Эти знания пригодятся для расчетов нагревательных приборов, кабельных линий, предохранителей и даже популярных на сегодняшний день спиралей для электронных сигарет.

Материалы по теме:

Тест Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление 8 класс

Тест Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление 8 класс с ответами. Тест включает 10 заданий.

1. От каких факторов зависит сопротивление проводника?

1) Его размеров и силы тока в нем
2) Его длины и площади поперечного сечения
3) Длины, площади поперечного сечения проводника и напряжения на его концах
4) Длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен

2. Как сопротивление проводника зависит от его длины?

1) Чем больше длина проводника, тем больше его сопротивление
2) Чем больше длина проводника, тем меньше его сопротивление
3) Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине
4) Сопротивление проводника практически не зависит от его длины

3. Как сопротивление проводника зависит от площади его поперечного сечения?

1) Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше его сопротивление
2) Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше сопротивление
3) Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения
4) Зависимость между сопротивлением и площадью поперечного сечения проводника практически отсутствует

4. Какая физическая величина характеризует зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он состоит?

1) Количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника
2) Сила тока в проводнике
3) Напряжение на концах проводника
4) Удельное электрическое сопротивление вещества

5. По какой формуле, зная длину, площадь поперечного сечения проводника и материал, из которого он изготовлен, можно рассчитать его сопротивление?

6. Какое из приведенных ниже веществ наилучший проводник электричества? Какова особенность его удельного сопротивления?

1) Алюминий; оно велико
2) Железо; оно мало
3) Серебро; оно имеет наименьшее значение
4) Ртуть; оно имеет наибольшее значение

7. Какой бы вы выбрали материал для изготовления нагревательного элемента кипятильника?

1) Никелин
2) Вольфрам
3) Константан
4) Алюминий

8. Определите сопротивление алюминиевого провода длиной 100 ми площадью поперечного сечения 2,8 мм 2 .

1) 10 Ом
2) 1 Ом
3) 2,8 Ом
4) 28 Ом

9. Рассчитайте удельное сопротивление меди, провод из которой длиной 500 ми площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 имеет сопротивление 85 Ом.

10. Найдите площадь поперечного сечения алюминиевого провода длиной 500 м, имеющего сопротивление 7 Ом.

1) 0,2 мм 2
2) 2 мм 2
3) 4 мм 2
4) 0,4 мм 2

Ответы на тест Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление 8 класс
1-4
2-3
3-3
4-4
5-2
6-3
7-3
8-2
9-1
10-2

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×