Электрическое сопротивление проводника. Единица сопротивления

Введение

Электрический ток в проводнике — это направленное движение электронов.
Мы уже знаем, что для возникновения тока необходимы три условия: наличие свободных зарядов, замкнутой цепи и источника напряжения. Однако ток не всегда течет с одинаковой силой: иногда он сильный, а иногда — слабый. От чего это зависит?

Ответ на этот вопрос дал немецкий ученый Георг Симон Ом, который впервые установил связь между напряжением, силой тока и свойствами самого проводника.
Он показал, что движение электронов в проводнике встречает сопротивление — внутреннее свойство любого материала, препятствующее прохождению электрического тока.

В быту и технике понимание сопротивления играет огромную роль. Например, лампочка с большим сопротивлением проводника светится ярче, но потребляет меньше тока, а провода с малым сопротивлением позволяют эффективно передавать энергию на большие расстояния.

---

Эксперименты Георга Ома

В начале XIX века ученые уже знали, что при подаче напряжения на проводник по нему течет ток. Но как именно связаны между собой сила тока и напряжение, никто не знал.

Георг Ом в 1827 году провел серию экспериментов. Он изменял длину и материал проводников, подавал на них различное напряжение и измерял силу тока. Результаты оказались удивительно точными: оказалось, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

То есть чем больше напряжение, тем сильнее ток, но чем больше сопротивление, тем ток слабее.
Эта зависимость получила название закон Ома.

---

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока.

Причина сопротивления заключается в том, что при движении по проводнику электроны сталкиваются с атомами вещества. Эти столкновения мешают свободному перемещению зарядов и вызывают выделение тепла.

Чем чаще происходят столкновения, тем больше сопротивление. Отсюда становится понятным, что сопротивление зависит от:

• материала проводника (например, у меди меньше, чем у железа);

• длины проводника (чем длиннее, тем больше сопротивление);

• площади поперечного сечения (чем толще провод, тем меньше сопротивление);

• температуры (при нагревании сопротивление обычно возрастает).

---

Определение и формула

Опытным путем Георг Ом установил, что между напряжением , силой тока  и сопротивлением  существует зависимость:

​

где:

•  — сопротивление проводника (ом, Ом),

•  — напряжение на концах проводника (вольт, В),

•  — сила тока в проводнике (ампер, А).

Это основная формула для расчета электрического сопротивления.
Она показывает, что сопротивление — это отношение напряжения к силе тока.

---

Единица электрического сопротивления

Единицей электрического сопротивления в Международной системе единиц (СИ) является ом (Ом).

Определение:
1 Ом — это такое сопротивление проводника, при котором при напряжении 1 В на его концах сила тока составляет 1 А.

​

Таким образом, если на концах проводника приложено напряжение в 1 вольт и по нему течет ток силой 1 ампер, то сопротивление этого проводника равно 1 ом.

---

Физический смысл сопротивления

Сопротивление показывает, насколько сильно проводник «мешает» прохождению тока.

Если сопротивление мало, ток течет легко — например, в медных проводах.
Если сопротивление велико, ток проходит с трудом — например, через тонкие провода или через резисторы, специально созданные для ограничения силы тока.

Поэтому в электрических схемах применяют резисторы — элементы с определенным сопротивлением, которые регулируют силу тока и защищают цепи от перегрузки.

---

Зависимость сопротивления от свойств проводника

Экспериментально установлено, что сопротивление проводника можно рассчитать по формуле:

​

где:

•  — удельное сопротивление материала (Ом·м),

•  — длина проводника (м),

•  — площадь его поперечного сечения (м²).

Из этой формулы видно:

• при увеличении длины проводника сопротивление возрастает;

• при увеличении толщины проводника сопротивление уменьшается;

• для разных материалов сопротивление различно: медь проводит ток лучше, чем сталь, а стекло почти не проводит вовсе.

---

Закон Ома для участка цепи

Связь между основными электрическими величинами выражается формулой:

​

Этот закон позволяет вычислить любую из трёх величин, если известны две другие.
Например:

• чтобы найти напряжение — ;

• чтобы найти сопротивление — ;

• чтобы найти силу тока — .

---

Практическое значение сопротивления

Сопротивление — важная характеристика электрических устройств и материалов.
Благодаря ему можно регулировать силу тока, создавать нужные электрические режимы, защищать приборы от перегрузок.

В быту мы сталкиваемся с сопротивлением постоянно. Спираль электрочайника, нагреватель утюга, лампа накаливания — всё это примеры того, как сопротивление превращает электрическую энергию в тепловую.

---

Интересный факт

Существуют материалы, у которых при очень низких температурах сопротивление исчезает почти полностью.
Такие материалы называют сверхпроводниками.
Они позволяют передавать электричество без потерь и используются в мощных магнитах, ускорителях частиц и современных поездах на магнитной подушке.

---

Вопросы для самопроверки

1. Что такое электрическое сопротивление?

2. Какие опыты провел Георг Ом для изучения электрического тока?

3. Как формулируется закон Ома для участка цепи?

4. В каких единицах измеряется электрическое сопротивление?

5. Что означает 1 Ом?

6. Как изменится сопротивление, если увеличить длину проводника вдвое?

7. Как зависит сопротивление от площади поперечного сечения проводника?

8. Почему сопротивление разных материалов различается?

9. Что происходит с сопротивлением при нагревании металлов?

10. Какова роль резисторов в электрических цепях?