Опір та закон Ома. Залежність опору від температури та геометричних розмірів

При переміщенні електронів (електричного струму) серед атомів та іонів матеріалу, які не мають поступального руху, а знаходяться у коливальному стані, виникає зіткнення цих часток між собою. Наразі взаємодії електронів з атомами та іншими електронами виникають сили, які діють на електрони в різних напрямках. Це приводе до часткової хаотичності у руху електронів і викликає зменшення сили струму. Тобто всі елементи електричного кола опираються проходженню через них струму. Це явище характеризує величина, зворотна провідності, яку назвали опором. Таким чином, опір - це властивість провідника протистояти проходженню через нього струму. Позначається - R. Вимірюється в Ом.

Позначення опору в електричних схемах вказане на рис. 4.1:

Рисунок 4.1 - Позначення опору в електричних схемах

Зв'язок між струмом у проводі та напругою на кінцях цього проводу встановлює закон Ома (названий в ім’я німецького фізика Ома, який відкрив дослідним шляхом у 1827 році цей закон): струм на ділянці електричного кола прямо пропорційний напрузі на затискачах цієї ділянки й зворотно пропорційний його опору:

Величина опору визначається електропровідністю матеріалу із якого зроблено провод та геометричними розмірами проводу:

Як видно з формули, чим більше довжина проводу, тим більше його опір, чим більше переріз проводу, тим менше його опір. Величина, зворотна питомій провідності, називається питомим опором. Позначається - .

де - питома електропровідність матеріалу провода,

Питомий опір - це постійна величина матеріалу із якого зроблено провод. Порівняно малим питомим опором володіють провідники, із яких виготовляються ЛЕП, кабелі, обмотки електричних машин, трансформаторів: , . Для виготовлення обмоток нагріваючих пристроїв та реостатів використовують сплави з великим питомим опором: , . Опір діелектриків дуже великий при зрівнянні з опором провідників.

Питомий опір матеріалу залежить від температури навколишнього середовища: зі збільшенням температури рухомість вільних електронів зменшується, що приводе до збільшення питомого опору у провідниках 1-го класу:

де - питомий опір при температурі 0°С чи 273К - первісний опір,

t - температура навколишнього середовища, °С,

- температурний коефіцієнт опору, 1/К

Температурним коефіцієнтом опору називається величина, яка показує на яку частку первісного опору змінюється опір провідника при нагріві на 1К чи на 1°С. Деякі сплави володіють дуже малим зміненням опору при зміненні температури. Наприклад, нікелін, манганін. Проволока з таких металів використовується у приборах, які потребують постійного опору: у еталонах опору, реостатах. Коли провідник нагрівається не від 0°С, а від температури t₁ до температури t₂, то його опір змінюється від R₁ до R₂, а температурний коефіцієнт залишається майже незмінним у межах від 0 до 100°С. Тоді можна вважати:

або