Как повысить силу электрического тока. Сопротивление проводников. Удельное сопротивление
Прочитав эту статью вы узнаете, как можно применить Закон Ома для того, чтобы повысить силу тока. Понятие сопротивления. Какие материалы являются проводниками, а какие диэлектриками.
Сопротивление проводников. Удельное сопротивление
Закон Ома является самым главным в электротехнике.
Именно поэтому электрики говорят: «Кто не знает Закон Ома, пусть сидит дома».
Согласно этому закону ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению ( I = U / R ), где R является коэффициентом, которое связывает напряжение и силу тока.
Единица измерения напряжения – Вольт, сопротивления – Ом, силы тока – Ампер.
Для того, чтобы показать, как работает Закон Ома, разберем простую электрическую цепь.
Цепью является резистор, он же – нагрузка.
Для регистрации на нем напряжения используется вольтметр.
Для тока нагрузки – амперметр.
При замыкании ключа ток идет через нагрузку.
Смотрим, насколько соблюдается Закон Ома.
Ток в цепи равен: напряжение цепи 2 Вольта и сопротивление цепи 2 Ома ( I = 2 В / 2 Ом =1 А).
Амперметр столько и показывает.
Резистор является нагрузкой, сопротивлением 2 Ома.
Когда замыкаем ключ S1, ток течет через нагрузку.
С помощью амперметра измеряем ток цепи.
С помощью вольтметра – напряжение на зажимах нагрузки.
Ток в цепи равен: 2 Вольта / 2 Ом = 1 А. Как видно это соблюдается.
Теперь разберемся, что нужно сделать, чтобы поднять силу тока в цепи.
Для начала увеличиваем напряжение. Сделаем батарею не 2 В, а 12 В.
Вольтметр будет показывать 12 В. Что будет показывать амперметр? 12 В/ 2 Ом = 6 А.
То есть, повысив напряжение на нагрузке в 6 раз, получили повышение силы тока в 6 раз.
Рассмотрим еще один способ, как поднять ток в цепи.
Можно уменьшить сопротивление – вместо нагрузки 2 Ом, возьмем 1 Ом. Что получаем: 2 Вольта / 1 Ом = 2 А. То есть, уменьшив сопротивление нагрузки в 2 раза, увеличили ток в 2 раза.
Для того, чтобы легко запомнить формулу Закона Ома придумали треугольник Ома:
Как можно по этому треугольнику определять ток? I = U / R.
Все выглядит достаточно наглядно.
С помощью треугольника также можно написать производные от Закона Ома формулы: R = U / I; U = I * R.
Главное запомнить, что напряжение находится в вершине треугольника.
В 18 веке, когда был открыт закон, атомная физика находилась в зачаточном состоянии.
Поэтому Георг Ом считал, что проводник представляет собой что-то, похожее на трубу, в которой течет жидкость. Только жидкость в виде электротока.
При этом он обнаружил закономерность, что сопротивление проводника становится значительнее при увеличении его длины и меньше при увеличении диаметра.
Исходя из этого, Георг Ом вывел формулу: R = p *l / S, где p – это некоторый коэффициент, умноженный на длину проводника и деленный на площадь сечения.
Этот коэффициент был назван удельным сопротивлением, характеризующим способность создавать препятствие протеканию эл.тока, и зависит из какого материала изготовлен проводник.
Причем, чем больше удельное сопротивление, тем больше сопротивление проводника.
Чтобы увеличить сопротивление необходимо увеличить длину проводника, либо уменьшить его диаметр, либо выбрать материал с большим значением данного параметра.
В частности, для меди удельное сопротивление составляет 0,017 ( Ом * мм2 / м ).
Проводники
Рассмотрим, какие бывают проводники.
На сегодняшний день самым распространенным является проводник из меди.
Из-за низкого удельного сопротивления и большой устойчивости к окислению, при этом довольно низкой ломкости, этот проводник все больше и больше находит применение в электрике.
Постепенно медный проводник вытесняет алюминиевый.
Медь применяют при производстве провода (жил в кабелях) и при изготовлении электротехнических изделий.
Вторым по применению можно назвать алюминий.
Он часто используется в старой проводке, на смену которой приходит медь.
Также применяется при производстве проводов и изготовлении электротехнических изделий.
Следующий материал – это железо.
Оно обладает удельным сопротивлением гораздо больше, чем медь и алюминий (в 6 раз больше, чем у меди и в 4 раза выше, чем у алюминия).
Поэтому, при производстве проводов, как правило, не применяется.
Зато применяется при изготовлении щитов, шин, которые благодаря большому сечению обладают низким сопротивлением. Также как крепежное изделие.
Золото в электрике не применяется, так как оно достаточно дорогое.
Благодаря низкому значению удельного сопротивления и большой защиты от окисления применяется в космических технологиях.
Латунь в электрике не применяется.
Олово и свинец обычно применяются в сплаве в качестве припоя.
Как проводники, для изготовления каких-либо приборов, не применяются.
Серебро чаще всего применяется в военной технике высокочастотных приборов. В электрике применяется редко.
Вольфрам применяется в лампах накаливания.
Благодаря тому, что он не разрушается при высоких температурах, его используют в качестве нитей накаливания для ламп.
Нихром применяется в нагревательных приборах, так как обладает высоким удельным сопротивлением при большом сечении. Понадобится малое количество его длины, чтобы сделать нагревательный элемент.
Уголь, графит применяются в электрических щетках в электродвигателях.
Проводники применяются с целью пропускать через себя силу тока. При этом ток совершает полезную работу.
Диэлектрики
Диэлектрики имеют большое значение удельного сопротивления, которое в сравнении с проводниками намного выше.
Фарфор применяют, как правило, при изготовлении изоляторов. Для производства изоляторов также используют стекло.
Эбонит чаще всего применяется в трансформаторах. Из него изготовляют каркас катушек, на которые наматывается провод.
Также в качестве диэлектриков часто используют разные виды пластмасс. К диэлектрикам относится материал, из которого произведена изоляционная лента.
Материал, из которого изготовлена изоляция в проводах, также является диэлектриком.
Основное назначение диэлектрика – это защита людей от поражения электротоком, изолировать между собой токопроводящие жилы.
