С увеличением сечения проводника в 2 раза его сопротивление

Что это такое

Препятствование прохождению тока по проводнику называют сопротивлением. Показатель высчитывается, исходя из разности электрических потенциалов. Дополнительно учитывается сила тока на проводнике. Основоположником теории принято считать Георга Ома. Ещё в 1826 году, проведены исследования электрического тока.


Сопротивление проводника

Важно! Василий Петров подтвердил закон электрической цепи и провел собственные исследования в жидкости.

С увеличением сечения проводника в 2 раза его сопротивление

К концам длинного однородного проводника приложено напряжение U

. Проводник заменили на проводник, сделанный из такого же материала, такой же длины, но с большей площадью поперечного сечения и приложили к нему прежнее напряжение
U
. Какими станут при этом сила и мощность тока, сопротивление проводника?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

3) не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Сила тока в проводнике Мощность тока Сопротивление проводника

Сопротивление длинного однородного проводника обратно пропорционально площади его сечения: Следовательно, проводник большего сечения, сделанный из такого же материала и имеющий такую же длину, имеет меньшее сопротивление. Согласно закону Ома сила тока в проводнике связана с его сопротивлением и приложенным к нему напряжением соотношением Таким образом, при замене проводника и неизменном напряжении сила тока в проводнике увеличивается. Наконец, мощность тока пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению Отсюда получаем, что мощность тока увеличивается в результате замены проводника.

Необходимо экспериментально изучить зависимость сопротивления металлического проводника от его длины. Какие два проводника из представленных на рисунке нужно выбрать для проведения такого исследования?

Чтобы на опыте обнаружить зависимость сопротивления проводника от его длины, нужно взять пару проводников, отличающихся только длиной. Толщина проводников и материал, из которого они сделаны, должны быть одинаковыми. Для этой цели подходят проводники 1 и 3.

Источник: Тренировочная работа по физике 16.02.2017, вариант ФИ10303

«Пару проводников, отличающихся только длиной. Толщина проводников и материал, из которого они сделаны, должны быть одинаковыми.» Дело в том, что 1,5 одинаковы по длине, а выше сказано, ОТЛИЧАЮЩИХСЯ ТОЛЬКО ДЛИНОЙ, остальное должно быть одинаковым, в вашем ответе рисунки одинаковы по длине ! Должно быть 3,5.

Проводники 3 и 5 сделаны из разных материалов (медь и сталь), и поэтому не подходят для данного эксперимента.

В вертикальном однородном магнитном поле с индукцией B

равномерно перемещают вдоль горизонтальной плоскости со скоростью
V
проводник длиной
L
(см. рисунок, вид сверху). Концы проводника скользят по проводящим рельсам, сопротивление которых пренебрежимо мало. Между концами рельсов включён идеальный амперметр.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

В проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает ЭДС индукции По закону Ома сила тока через амперметр равна Сопротивление проводника зависит от его параметров Тогда сила тока равна

Из этих формул следует, что ЭДС индукции не зависит от удельного сопротивления проводника и не изменится (3); сила тока при уменьшении удельного сопротивления увеличится (1).

Аналоги к заданию № 25249: 25286 Все

К концам длинного однородного проводника приложено напряжение U

. Провод удлинили вдвое и приложили к нему прежнее напряжение
U
. Как изменили при этом: силу тока в проводнике, сопротивление проводника и выделяющуюся в проводнике тепловую мощность?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Это задание «на соответствие». Так мы договорились выше кратко именовать данную разновидность. Подобные задания проверяют умение ориентироваться в ситуации, анализировать и сравнивать различные физические понятия. Чтобы не было неожиданностей на экзамене, надо заранее порешать такие задачи, взяв их из вариантов ЕГЭ последних лет.

Сопротивление длинного однородного проводника пропорционально его длине: Следовательно, если удлинить его вдвое, сопротивление увеличится. Согласно закону Ома, сила тока в проводнике связана с его сопротивлением и приложенным к нему напряжением соотношением Таким образом, при удлинении проводника и неизменном напряжении сила тока в проводнике уменьшается. Наконец, мощность тока пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению Отсюда получаем, что мощность тока уменьшится в результате удлинения проводника.

Для проведения лабораторной работы по обнаружению зависимости сопротивления проводника от его длины ученику выдали пять проводников, характеристики которых указаны в таблице. Какие два из предложенных ниже проводников необходимо взять ученику, чтобы провести данное исследование?

Чтобы исследовать зависимость сопротивления проводника от его длины необходимо выбрать проводники из одного материала, одного диаметра, но разной длины. Для этой цели подходят проводники 2 и 5.

В вертикальном однородном магнитном поле с индукцией B

равномерно перемещают вдоль горизонтальной плоскости со скоростью
V
проводник длиной
L
(см. рисунок, вид сверху). Концы проводника скользят по проводящим рельсам, сопротивление которых пренебрежимо мало. Между концами рельсов включён идеальный амперметр.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

В проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает ЭДС индукции По закону Ома сила тока через амперметр равна Сопротивление проводника зависит от его параметров Тогда сила тока равна

Из этих формул следует, что ЭДС индукции не зависит от удельного сопротивления проводника и не изменится (3); сила тока при увеличении удельного сопротивления уменьшится (2).

По проволочному резистору течёт ток. Резистор заменили на другой, с проволокой из того же металла и той же длины, но имеющей вдвое меньшую площадь поперечного сечения и пропустили через него вдвое меньший ток. Как изменятся при этом следующие три величины: тепловая мощность, выделяющаяся на резисторе, напряжение на нём, его электрическое сопротивление?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Сопротивление проволочного резистора зависит от материала, из которого он сделан, пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения: Таким образом, поскольку у нового резистора вдвое меньшая площадь поперечного сечения, его сопротивление вдвое больше, чем у исходного.

Связь напряжения, приложенного к участку цепи, с протекающей через него силой тока дается законом Ома: Так как силу тока уменьшили в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза, заключаем, что напряжение на резисторе не изменилось.

Тепловая мощность, выделяющаяся на резисторе пропорциональна произведению тока и напряжения, а значит, в результате проделанных манипуляций, тепловая мощность уменьшается (напряжение постоянно, а ток уменьшается).

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2013 по физике.

Школьник изучал процесс протекания постоянного тока через проволоку постоянного поперечного сечения 2 мм 2 . Изменяя длину проволоки L

, он измерял при помощи миллиомметра её сопротивление
R
. Результаты его измерений приведены в таблице.

L
, см
50 70 90 110 130 150
R
, мОм
103 140 175 228 260 298

Пользуясь таблицей, определите удельное сопротивление металла, из которого была изготовлена проволока. (Ответ дать в омах квадратного миллиметра на метр, округлив до десятых.)

Сопротивление проводника длиной с площадью поперечного сечения и с удельным сопротивлением равно Для каждого измерения сосчитаем удельное сопротивление

L
, см
50 70 90 110 130 150
R
, мОм
103 140 175 228 260 298
0,41 0,40 0,39 0,41 0,40 0,40

Усредним полученные выражения:

В школьной лаборатории есть два проводника круглого сечения. Удельное сопротивление первого проводника в 2 раза больше удельного сопротивления второго проводника. Длина первого проводника в 2 раза больше длины второго. При подключении этих проводников к одинаковым источникам постоянного напряжения за одинаковые интервалы времени во втором проводнике выделяется количество теплоты в 4 раза большее, чем в первом. Каково отношение радиуса второго проводника к радиусу первого проводника?

Количество теплоты, выделяемое на проводнике, согласно закону Джоуля — Ленца:

Можно и так, но так не проще.

Чему равна длина этого проводника? Ответ запишите в метрах.

Сопротивление проводника равно Следовательно,

Аналоги к заданию № 24955: 24988 Все

При подключении куска проволоки к полюсам батареи через неё течёт ток силой 0,5 А. Этот кусок проволоки сложили пополам, место сгиба разрезали. Затем разрезали каждый получившийся короткий провод на две равные части, зачистили концы и присоединили все эти части к полюсам батареи параллельно. Найдите силу тока, которая будет течь через батарею в этом случае. Внутреннее сопротивление батареи очень мало.

Сопротивление длинного однородного проводника обратно пропорционально площади его сечения: Всю проволоку сопротивлением разрезали на 4 равные части сопротивлением каждая. Общее сопротивление такой цепи при параллельном соединении будет равно Тогда, по закону Ома, в цепи будет течь ток в 16 раз больший первоначального

Источник: Тренировочная работа по физике 23.03.2018, вариант ФИ10401

Для проведения лабораторной работы по обнаружению зависимости сопротивления проводника от его диаметра ученику выдали пять проводников, характеристики которых приведены в таблице. Какие два из предложенных ниже проводников необходимо взять ученику, чтобы провести данное исследование?

Для определения зависимости сопротивления проводника от его диаметра необходимо выбрать проводники, у которых все остальные параметры (длина и материал) одинаковы. Это проводники с номерами 2 и 3.

Источник: ЕГЭ 01.04.2019. Досрочный экзамен по физике. Вариант 3

Чему равна длина этого проводника? Ответ запишите в метрах.

Сопротивление проводника равно Следовательно,

Участок электрической цепи представляет собой последовательно соединённые серебряную и алюминиевую проволоки. Через них протекает постоянный электрический ток силой 2 А. На графике показано, как изменяется потенциал на этом участке цепи при смещении вдоль проволок на расстояние x

. Удельные сопротивления серебра и алюминия равны 0,016 мкОм⋅м и 0,028 мкОм⋅м соответственно.

Используя график, выберите все верные утверждения и укажите в ответе их номера.

1) Площадь поперечного сечения алюминиевой проволоки 7,84 ⋅ 10 –1 мм 2 .

2) Площадь поперечного сечения алюминиевой проволоки 3,92 ⋅ 10 –1 мм 2 .

3) Площади поперечных сечений проволок одинаковы.

4) В серебряной проволоке выделяется большая тепловая мощность, чем в алюминиевой.

5) В серебряной проволоке выделяется тепловая мощность 8 Вт.

Проволоки соединены последовательно, значит, через них течет одинаковый ток

На серебряной проволоке разность потенциалов на алюминиевой — Согласно закону Ома сопротивление серебряной проволоки алюминиевой проволоки —

Сопротивление проводника длиной площади поперечного сечения и удельного сопротивления равно Поэтому площади поперечного сечения проволок

Площади поперечных сечений проволок разные, верным является утверждение 1.

Мощность, которая выделяется в проволоке, может быть найдена по формуле : на серебряной проволоке — на алюминиевой проволоке — Выделяющаяся мощность в серебряной проволоке больше, чем в алюминиевой, верными являются утверждения 4 и 5.

Источник: Тренировочная работа по физике 13.12.2017, вариант ФИ10203

Проводящий контур KLMN

подключён к источнику постоянного напряжения и находится в однородном магнитном поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости контура (см. рисунок). Провода имеют поперечное сечение
S
и удельное сопротивление ρ. Как изменятся следующие физические величины — сила тока, протекающая в контуре, и модуль силы Ампера, действующей на сторону
LM
, — если уменьшить в 2 раза поперечное сечение проводов и увеличить в 2 раза модуль индукции магнитного поля?

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

А) сила тока в контуре

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Закон Ома для полной цепи: Сопротивление провода находим из формулы При уменьшении в 2 раза поперечного сечение проводов, сопротивление проводов увеличится в 2 раза, а значит, сила тока уменьшится в 2 раза.

Сила Ампера для проводника с током может быть вычислена по формуле: При одновременном уменьшении в 2 раза поперечного сечение проводов и увеличении в 2 раза модуля индукции магнитного поля сила Ампера, действующая на проводник, не изменится.

Здравствуйте, а разве при уменьшении поперечного сечения в 2 раза площадь не изменится в 4 (исходя из формулы pi*r^2)?

По­пе­реч­ное се­че­ние — это уже площадь.

В условии задачи ничего не сказано о внутреннем сопротивлении источника тока.

Значит, считаем источник идеальным.

По проволочному резистору течёт ток. Как изменятся при уменьшении длины проволоки в 4 раза и увеличении силы тока вдвое тепловая мощность, выделяющаяся на резисторе, и его электрическое сопротивление? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Сопротивление проводника зависит от его длины прямо пропорционально. Следовательно, при уменьшении длины в 4 раза его сопротивление уменьшится в 4 раза (2).

Источник: ЕГЭ — 2021 по физике. Основная волна 13.07.2020.

3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ЭДС индукции, возникающая в контуре Модуль сила Ампера, действующей на перемычку

1. ЭДС индукции, возникающая в контуре. При движении проводника в магнитном поле возникает ЭДС индукции, равная Так как все величины постоянны, то ЭДС индукции не меняется.

2. Модуль сила Ампера, действующей на перемычку. При возникновении ЭДС индукции в цепи возникает электрический ток с силой Магнитное поле действует на проводник с током силой Ампера Выясним, каким будет сопротивление проводника. Сопротивление равно масса проводника равна поэтому В результате получаем формулу для силы Ампера При увеличении массы сила Ампера увеличивается.

Реостат с максимальным сопротивлением подсоединён к клеммам батарейки с внутренним сопротивлением Перемещая движок реостата, его сопротивление увеличивают от некоторого начального значения до Как после этого изменятся следующие физические величины: сила тока в электрической цепи, выделяющаяся в реостате мощность, КПД электрической цепи?

A) Сила тока в электрической цепи

Б) Выделяющаяся в реостате мощность

B) КПД электрической цепи

Согласно закону Ома для полной цепи сила тока связана с ЭДС и сопротивлением соотношением:

По закону Джоуля — Ленца мощность тепловыделения на реостате равна

Для того, чтобы понять, как эта величина ведет себя при увеличении нагрузки, воспользуемся производной:

КПД также можно исследовать как функцию сопротивления реостата при помощи производной. Но мы просто перепишем это выражение в следующем виде:

Азат шафгуллин (набережные челны) 15.03.2016 22:52

Почему мощность растет? Подставляя любые значения в формулу мощности P=I^2R,можно заметить ,что она будет убывать при абсолютно любых значениях R.Вами данная производная не дает ясного пояснения ,почему

Сила тока меняется при изменении сопротивления.

При значении Rр=3/2R dP/dRр==0. Значит в этой точке максимум Рр! Значит мощность Pр до Rр=3/2R растёт, затем уменьшается!

По условию сопротивление реостата меняется от 0 до R, оно не достигает 3R/2.

Электрические вакуумные лампы накаливания со спиральной вольфрамовой нитью накала имеют довольно ограниченный срок службы, обычно не превышающий 1000 часов. В процессе длительной работы на внутренней поверхности стеклянной колбы лампы появляется чёрный налёт. Лампы, проработавшие довольно долго, обычно перегорают в момент включения, когда на них подаётся напряжение.

Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, причину образования налета на стенках колбы и перегорание ламп в момент их включения.

1. Для повышения излучения света в видимом диапазоне длин волн рабочую температуру нити накала приходится максимально увеличивать, приближаясь к температуре плавления вольфрама.

2. При этом вольфрам постепенно испаряется, и его пары конденсируется на холодных внутренних стенках вакуумированной стеклянной колбы лампы, создавая на них чёрный металлический налёт. Нить накала за счёт её испарения постепенно (и неравномерно) истончается и в некоторый момент перегорает.

3. Сопротивление нити не является величиной постоянной. Оно зависит от температуры. В момент включения, когда лампочка холодная, нить имеет минимально сопротивление, а следовательно, в момент включения возникает большой ток, который и может привести к перегоранию (в тонком месте нить расплавится).

4. Заполнение колбы тяжёлым инертным газом сильно замедляет (по сравнению с вакуумированной колбой) процесс диффузии испарившихся атомов вольфрама и способствует их осаждению обратно на нить накала после выключения напряжения, что замедляет истончение нити и повышает срок службы ламп.

R = U / I; U — напряжение на концах проводника, I — сила тока на проводнике.

При увеличении силы тока в проводнике в 2 раза, сопротивление проводника все равно останется постоянным, а вот напряжение на концах проводника увеличится в 2 раза.

R = ρ * l / S; ρ — удельное сопротивление материала проводника, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Ни один из этих параметров не может измениться при увеличении силы тока. Сопротивление может изменится только при изменении температуры.

Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если напряжение между концами проводника и площадь его сечения увеличить в 2 раза?

2) уменьшится в 4 раза

3) увеличится в 2 раза

4) увеличится в 4 раза

Согласно закону Ома, сила тока, сопротивление проводника и напряжение между его концами связаны соотношением Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его сечения: Следовательно, увеличение и напряжения между концами проводника, и площади сечения в 2 раза приведет к увеличению силы тока в 4 раза.

Добрый день. Нашла в интернете такую информацию: «Сила тока зависит от заряда частицы, концентрации частиц, скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.» Получается, что сила тока не зависит от напряжения? Или информация неполная?

Правильную, хорошую информацию нашли. Просто не путайте определения физических величин и законы, их связывающие. Ведь если посмотреть на хорошо известную формулу-определение силы тока, то там тоже нет напряжения: (сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени). А вот для связи силы тока и напряжения есть закон Ома. А о чем он нам говорит? Закон Ома утверждает, что для проводника сила тока пропорциональна напряжению, при этом для разных проводников коэффициент пропорциональности разный, так что величина силы тока зависит помимо напряжения еще и от величины сопротивления.

Еще один пример, емкость конденсатора равна . Но ведь Вы отсюда не будете делать вывод, что емкость плоского конденсатора не зависит от площади пластин и расстояния между ними :)

А по поводу найденной Вами информации: по сути, это просто перефразированная немного формула . Действительно, представим себе, для простоты, цилиндрический проводник, по которому течет ток. Ток — это направленное движение заряженных частиц. Ясно, что у этого направленного движения есть некоторая скорость . Пусть — величина заряда частиц тока, а — их концентрация. Тогда а время через поперечное сечение проводника площадью успеют пройти только заряды, находящиеся от этого сечения на расстоянии, не большем , то есть из объема . В этом объеме находится заряженных частиц. Следовательно, за время они пронесут через поперечное сечение проводника заряд . Таким образом, по определению, сила тока равна . Вот вам зависимость силы тока от величины заряда, концентрации, площади поперечного движения и скорости направленного движения :)

Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если напряжение между концами проводника и площадь его сечения увеличить в 2 раза?

2) уменьшится в 4 раза

3) увеличится в 2 раза

4) увеличится в 4 раза

Согласно закону Ома, сила тока, сопротивление проводника и напряжение между его концами связаны соотношением Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его сечения: Следовательно, увеличение и напряжения между концами проводника, и площади сечения в 2 раза приведет к увеличению силы тока в 4 раза.

Добрый день. Нашла в интернете такую информацию: «Сила тока зависит от заряда частицы, концентрации частиц, скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.» Получается, что сила тока не зависит от напряжения? Или информация неполная?

Правильную, хорошую информацию нашли. Просто не путайте определения физических величин и законы, их связывающие. Ведь если посмотреть на хорошо известную формулу-определение силы тока, то там тоже нет напряжения: (сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени). А вот для связи силы тока и напряжения есть закон Ома. А о чем он нам говорит? Закон Ома утверждает, что для проводника сила тока пропорциональна напряжению, при этом для разных проводников коэффициент пропорциональности разный, так что величина силы тока зависит помимо напряжения еще и от величины сопротивления.

Еще один пример, емкость конденсатора равна . Но ведь Вы отсюда не будете делать вывод, что емкость плоского конденсатора не зависит от площади пластин и расстояния между ними :)

А по поводу найденной Вами информации: по сути, это просто перефразированная немного формула . Действительно, представим себе, для простоты, цилиндрический проводник, по которому течет ток. Ток — это направленное движение заряженных частиц. Ясно, что у этого направленного движения есть некоторая скорость . Пусть — величина заряда частиц тока, а — их концентрация. Тогда а время через поперечное сечение проводника площадью успеют пройти только заряды, находящиеся от этого сечения на расстоянии, не большем , то есть из объема . В этом объеме находится заряженных частиц. Следовательно, за время они пронесут через поперечное сечение проводника заряд . Таким образом, по определению, сила тока равна . Вот вам зависимость силы тока от величины заряда, концентрации, площади поперечного движения и скорости направленного движения :)

Условия, определяющие сопротивление проводников

При определении сопротивления учитывается ряд характеристик:

  • сечение элемента;
  • длина проводника;
  • удельное сопротивление;
  • тип материала.

Предметы с высоким сопротивлением практически не проводят ток. Также есть обратная зависимость, которая прописана в законе Ома. Для расчета показателя учитывается электрическая проводимость. Она показывает возможность проводника принимать электрический ток.


Проводимость электрического тока

Изменения проводника при увеличении длины

Во время испытаний замечено, что при увеличении длины проводника его электрическое сопротивление увеличивается. Для проведения эксперимента, необходимо выбрать заготовки из одинакового материала. К примеру, это может быть проволока из никелина. Для считывания параметров используется амперметр, который подключен к зажимам.

Устанавливая заготовки меньшей длины, отмечено, что ток в цепи увеличивается. Даже на одном изделии можно поиграться с амперметром. Поставив щуп на середину заготовки, к примеру, может отображаться значение 50 ампер.


Показатель амперметра

Интересно! Если отводить его в сторону, к краю, чтобы увеличить дальность держателя, показатель тока будет снижаться. Тоже самое, касается проводников из других материалов.

Виды

Проводником называют среду или предмет, который способен проводить электрический ток. Внутри него, при подключении к источнику энергии, начинает активно двигаться заряженная частица. Амперметр показывает возрастание электрического напряжения в цепи. Рассматривая проводники разных типов, учитывается удельная электропроводность и тип материала:

  • медь;
  • алюминий;
  • метал;
  • золото;
  • сплав никеля и хрома.

Вам это будет интересно Особенности статического электричества

В научной среде есть понятие сверхпроводника, который считается идеальным. Он обладает значительным углом диэлектрической потери. Когда ток идёт от цепи, учитывается процент смещения. У сверхпроводника данный параметр минимален.

Из меди

Медь относится к компонентам 11 группы из таблицы химических элементов. По классификации он является пластинчатым, встречается в разных видах. Зачастую вещество имеет розовый оттенок. В электротехнике медь отличается низким удельным сопротивлением и лежит на одной нише с серебром, золотом.


Серебро и золото

Материал применим при изготовлении проводки, а также печатных плат. Ещё вещество востребовано при изготовлении электроприводов. Рассматривая сложные управляемые, электромеханические системы, заметно, что у них используются обмотки с низким удельным сопротивлением.

Если оценивать силовые трансформаторы, у них также применяется данный металл, однако он зачастую используется с примесями. Это необходимо, чтобы снизить показатель электропроводимости. В печатных платах медь используется на пару с алюминием. Рассматривая радиодетали, востребованными остаются сплавы на основе меди, которые также отличаются низким сопротивлением.

Разбирая персональные компьютеры, вещество встречается с бронзой либо латунью. Также используются добавки из цинка либо никеля. Чтобы повысить упругость проводника, применяются другие материалы, такие как олово, цинк. По таблице удельного сопротивления, веществу присвоен показатель 0,0157 Ом.


Свойства меди

Из алюминия

Среди элементов 13 группы в таблице выделяется алюминий. Он является отличным проводником в цепи, изготовлен из парамагнитного металла. По цвету наблюдается серебристый оттенок. Проводник хорошо поддается механической обработке. Помимо значительной электропроводимости, отмечается коррозийная стойкость.

При термической обработке образуется оксидная пленка, которая защищает поверхность. В природе предусмотрены различные соединения алюминия. Если рассматривать стандартную проволоку небольшого сечения, она востребована в электрических катушках. Вещество обладает низкой плотностью, а также массой, поэтому аналоги сложно подобрать. Используя алюминий в движущихся элементах, можно повысить их производительность.

Зачастую проводник встречается в жестких дисках, а также аудиосистемах. Востребованными остаются проволоки, покрытые слоем лака. Встречаются эмалированные аналоги, отличающиеся повышенной защищенностью. В качестве изоляции используется резина, берилл. Производители выпускают проводники с сечением от 0.003 мм.


Свойства алюминия

Помимо катушек индуктивности проволока может устанавливаться в индукторах, громкоговорителях, наушниках. Касательно соединений, встречаются варианты с алунитами. Дополнительная информация о физических свойствах:

  • низкая температура плавления;
  • высокая теплоемкость;
  • значительная твёрдость;
  • слабый парамагнетик;
  • широкий температурный диапазон.

Вам это будет интересно Где у конденсатора плюс и минус

Алюминий встречается в печатных платах, поскольку поддается в штамповке. Коррозионная стойкость — дополнительное преимущество. Алюминиевые проводники являются популярными и востребованными в промышленности. Удельное сопротивление — 0,028 Ом. Также необходимо рассмотреть недостаток — значительное содержание примесей.

Из металла

Среди металлов, распространенными типами проводников считаются следующие:

  • свинец;
  • олово;
  • платина;
  • никель;
  • вольфрам.

Свинец — это элемент из 14 группы, который может использоваться в качестве проводника. У него предельная плотность 11.35 грамм на кубический метр. Область применения ограничена, поскольку материал токсичен и относится к тяжелым металлам. История происхождения формулы неясна, есть лишь догадки.


Группы металлов

Если говорить о проводниковых элементах, то зачастую применяется нитрат свинца. В источниках тока, резервных блоках встречается версия с хлоридом. Рассматривая неорганические соединения, выделяется материал теллурид. Он подходит в качестве термоэлектрического проводника, поэтому используется в электростанциях разной мощности. Ещё металлический элемент востребован в холодильниках.

Если детально рассматривать теллурид, к числу особенности стоит приписать значительную диэлектрическую проницаемость. В составе помимо свинца имеется олово и теллур. По отдельности вещества встречаются в фоторезисторах и диодах. Если разбирать полупроводниковые приборы, элементы содержатся в стабилизаторах и указывают направление тока.

Важно! Олово — это проводник из 14 группы химических элементов. Материал безопасен, не содержит токсичных веществ.

Наравне с золотом, олово обладает отличными антикоррозионными свойствами. Зачастую в технике применяется дисульфид. Наиболее высокий показатель сопротивления показывает двуокись олова. В аккумуляторах он используется в чистом виде. Рассматривая гальванические элементы, стоит упомянуть про марганцево-оловянный диоксид.

Платина — это проводника с десятой группы химических элементов. Представленный металл имеет электросопротивление 0,098 Ом, и отличается повышенной плотностью. Если рассматривать сферу применения, то зачастую вещество встречается в лазерной технике. Речь идет о принтерах, а также измерительных приборах.


Свойства платины

Дополнительно платина используется в электромагнитных реле. В представленных автоматических устройствах он выступает проводником. Речь идет о механических, тепловых либо оптических реле. В электронных датчиках платина содержится в меньшем количестве, однако используется за счёт широкого диапазона температур. В частности, можно рассмотреть электронный термометр сопротивления. Резистивный элемент по большей части состоит из платины.

Вам это будет интересно На какую мощность рассчитан автомат 16а

Из золота

Удельное сопротивление золота 0,023 Ом. Материал относится к первой группе металлов и по физическим свойствам является мягким. Золото встречается с примесями и в чистом виде. Плотность составляет 19,32 г/см³, сфера применения широка. В промышленности проводник востребован в качестве припоя.


Припой золото

Его разрешается наносить на различные поверхности, он служит отличным материалом для соединения заготовок, поскольку наблюдается низкая температура плавления. Также золото востребовано для защиты от коррозии.

Недостатки:

  • мягкость материала;
  • подвержен точечной коррозии.

Если использовать материал с добавками, то снижается температура плавления. Также это оказывает воздействие на механические свойства вещества.


Золото с добавками

Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость

Изучая закон Ома для участка цепи мы с вами ввели понятие электрического сопротивления, как физическую величину, характеризующую свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока в нём.

При этом мы с вами показали, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от вещества, из которого этот проводник изготовлен:

Напомним, что электрические свойства проводника характеризуются его удельным сопротивлением.

Как вы знаете, в таблицах удельных сопротивлений веществ очень часто указывается температура, при которой удельное сопротивление было измерено. Тогда логично предположить, что сопротивление проводника должно каким-то образом зависеть от температуры.

Проверим это предположение на опыте. Для этого соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, проволочной спирали и амперметра. Включим источник тока, и отметим показание амперметра.

А теперь давайте нагреем исследуемую спиральку, например, с помощью спиртовки. Не трудно увидеть, что показания амперметра начинают уменьшаться. Вывод очевиден: при увеличении температуры сопротивление металлов увеличивается.

Объясняется этот факт достаточно просто. Вы знаете, что удельное сопротивление вещества металлического проводника зависит от концентрации свободных носителей заряда и числа их столкновений с ионами кристаллической решётки, совершающими колебательные движения около положений устойчивого равновесия. В металлических проводниках концентрация свободных электронов практически постоянна для данного проводника и не зависит от температуры.

Однако число столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решётки с ростом температуры возрастает. Это приводит к возрастанию удельного сопротивления металлического проводника при повышении температуры.

Если принять, что при 273 К (то есть при 0 оС) удельное сопротивление проводника равно ρ0, а при температуре Т

оно равно ρ, то, как показывает опыт, относительное изменение удельного сопротивления пропорционально изменению абсолютной температуры (которое, напомним, совпадает с изменением температуры по шкале Цельсия):

В записанном уравнении α

— это
температурный коэффициент. Он численно равен относительному изменению удельного сопротивления вещества проводника при изменении его температуры на 1 К:
Таким образом, удельное сопротивление вещества металлического проводника возрастает с увеличением температуры.

Поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально удельному сопротивлению вещества, из которого изготовлен проводник, то, не учитывая незначительную температурную зависимость отношения l/S

, можно записать такие соотношения:

Здесь R

0 и
R
— это сопротивления проводника соответственно при нуле градусов Цельсия и при данной температуре.

Отметим, что для металлических проводников эти формулы применимы при температурах более T

>140 К.

У всех металлов при повышении температуры сопротивление возрастает. То для них температурный коэффициент сопротивления — это величина положительная. У растворов же электролитов наоборот с ростом температуры сопротивление уменьшается. Значит их температурный коэффициент сопротивления меньше нуля.

Для большинства металлов (но не сплавов) при температурах от 0 для 100 оС температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур:

Давайте, для примера определим сопротивление алюминиевого проводника при температуре 90 оС, если при температуре 20 оС его сопротивление равно 4 Ом. Температурный коэффициент сопротивления алюминия α

= 4,2 · 10–3 К–1.

Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в специальных приборах — термометрах сопротивления. Широкое распространение получили термометры сопротивления из чистых металлов, особенно платины и меди, которые конструктивно представляют собой металлическую проволоку, намотанную на жёсткий каркас (из кварца, фарфора или слюды), заключённый в защитную оболочку (из металла, кварца, фарфора, стекла). Платиновые термометры сопротивления применяют для измерения температуры в пределах от –263 до 1064 oС, а медные — от –50 до 180 oС.

Если при изготовлении электроизмерительных приборов требуются проводники, сопротивление которых должно как можно меньше зависеть от температуры окружающей среды, то используют специальные сплавы — константан и манганин.

В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес исследуя зависимость сопротивления ртути от температуры обнаружил одно замечательное явление. Вначале эксперимента всё шло по плану: сопротивление металла при охлаждении постепенно уменьшалось. Однако при температуре меньше либо равной 4,12 К (по современным измерениям при 4,15 К) электрическое сопротивление ртути резко исчезало.

Явление падения до нуля сопротивления проводника при определённой температуре называется сверхпроводимостью, а проводник в этом состоянии — сверхпроводником.

Температуру, при которой электрическое сопротивление проводника обращается в ноль, называют критической температурой.

Открытие Камерлинг-Оннеса, за которое в 1913 году ему была присуждена Нобелевская премия, повлекло за собой исследования свойств веществ при низких температурах. Позже многочисленными опытами было установлено, что это явление характерно для многих проводников. Каждый сверхпроводящий металл характеризуется своей критической температурой.

У веществ в сверхпроводящем состоянии были отмечены резкие аномалии магнитных, тепловых и ряда других свойств. Так, например, если в кольцевом проводнике, находящемся в сверхпроводящем состоянии, создать ток, а затем удалить источник тока, то сила этого тока в таком проводнике не меняется сколь угодно долго. В обычном же (несверхпроводящем) проводнике электрический ток в этом случае прекращается. Это указывает на перспективу использования явления сверхпроводимости при передаче электрической энергии.

Сверхпроводящие соединения нашли применение в качестве материала обмоток электромагнитов для создания сильных магнитных полей в установках управляемого термоядерного синтеза, а также в мощных электрических двигателях и генераторах.

Объяснение сверхпроводимости возможно только на основе квантовой теории. Оно было дано лишь в 1957 году американскими учёными Джоном Бардиным, Леоном Купером и Джоном Шриффером, а также советским учёным и академиком Николаем Николаевичем Боголюбовым.

Очень упрощённо механизм сверхпроводимости можно объяснить так: при критической температуре электроны объединяются в правильную шеренгу и движутся, не сталкиваясь с кристаллической решёткой, состоящей из ионов. Это движение существенно отличается от обычного теплового движения, при котором свободный электрон движется хаотично.

В 1986 году была открыта высокотемпературная сверхпроводимость. Получены сложные оксидные соединения лантана, бария и других элементов с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 100 К. Это выше температуры кипения жидкого азота при атмосферном давлении (77 К).

Высокотемпературная сверхпроводимость в недалёком будущем приведёт наверняка к новой технической революции во всей электротехнике, радиотехнике и конструировании компьютеров.

Ссылка на основную публикацию