Удельное сопротивление и выбор проводов
⚡ Физика · 8 класс
От чего зависит сопротивление провода и как рассчитать его по длине, площади и материалу.
Сопротивление провода
Электрическое сопротивление показывает, насколько проводник мешает прохождению электрического тока. Чем больше сопротивление, тем труднее зарядам двигаться сквозь проводник. У провода сопротивление зависит от трёх вещей: длины, площади поперечного сечения и материала. Чем длиннее провод, тем сопротивление больше — зарядам приходится дольше «пробираться» через вещество. А чем толще провод, тем сопротивление меньше, ведь у заряда больше путей для движения.
Удельное сопротивление
Чтобы сравнивать именно материалы, не зависящие от формы провода, вводят удельное сопротивление — его обозначают греческой буквой ро. Это сопротивление проводника длиной один метр и площадью поперечного сечения один квадратный миллиметр. У хороших проводников удельное сопротивление мало, у плохих — велико. Удельное сопротивление — это свойство вещества, его берут из готовых таблиц.
| Материал | Удельное сопротивление | Применение |
|---|---|---|
| Серебро, медь | очень малое | провода, кабели |
| Алюминий | малое | линии электропередач |
| Железо | среднее | сердечники, крепёж |
| Нихром, константан | большое | спирали нагревателей, реостаты |
Формула и пример
Сопротивление провода вычисляют по формуле:
R = ро * L / S, где L — длина провода, S — площадь сечения, ро — удельное сопротивление материала.Разберём пример. Возьмём медный провод длиной 10 метров и сечением 2 квадратных миллиметра. Удельное сопротивление меди примерно 0,017 (Ом*мм_кв)/м. Подставим значения:
R = 0,017 * 10 / 2 = 0,085 Ом.Сопротивление получилось очень малым, поэтому медь и берут для проводов — на них почти не теряется напряжение. А для нагревательной спирали, наоборот, нужен материал с большим удельным сопротивлением — нихром, чтобы провод сильно грелся при том же токе.
Почему это важно
При выборе проводов для электропроводки учитывают и материал, и толщину. Если взять слишком тонкий провод, его сопротивление будет велико, он начнёт сильно греться и может стать причиной пожара. Поэтому для мощных приборов используют провода большего сечения, чтобы сопротивление и нагрев оставались малыми. На дальних линиях электропередач выбирают алюминий: он дешевле и легче меди, хотя его удельное сопротивление чуть больше. Зная формулу, инженер заранее рассчитывает, провод какой толщины и из какого материала нужен, чтобы потери энергии на нагрев были минимальными, а провод не перегревался при рабочем токе.
Правило: чтобы уменьшить сопротивление провода, его делают короче и толще и берут материал с малым удельным сопротивлением — медь или серебро.
Кратко о главном
- Сопротивление растёт с длиной и уменьшается с толщиной провода.
- Удельное сопротивление характеризует материал и берётся из таблиц.
- Расчёт идёт по формуле
R = ро * L / S. - Для проводов берут медь и алюминий, для нагревателей — нихром.