Presentazione sul tema "Calcolo della resistenza dei conduttori" in fisica in formato powerpoint. Lo scopo di questa presentazione per gli studenti della terza media è insegnare agli studenti come misurare la resistenza dei conduttori, per stabilire la dipendenza della resistenza di un conduttore dalla sua lunghezza, area della sezione trasversale e dalla sostanza di cui è composto. Autore della presentazione: Nakhusheva Marita Mukhamedovna, insegnante di fisica.

Frammenti della presentazione

La scienza inizia non appena si comincia a misurare. La scienza esatta è impensabile senza misura. DI Mendeleev

Metodi per misurare la resistenza dei conduttori

• Avometro.
• Metodo voltmetro e amperometro

Compito 1. Dipendenza della resistenza del conduttore dalla lunghezza.

Montiamo il circuito 3, colleghiamo il filo di nichelcromo (terminali 1, 2) a una fonte di corrente e un amperometro. Modificando la lunghezza del conduttore, osservare la variazione dell'intensità della corrente.

Conclusione 1.

• Con una diminuzione della lunghezza del filo di nichelcromo, la forza della corrente aumenta, con l'aumento della lunghezza, la forza della corrente diminuisce.
• Pertanto: per L ↓ ~ I ~ R↓ R ~ L

Compito 2. La dipendenza della resistenza del conduttore dall'area della sezione trasversale.

Montiamo il circuito 3, prima colleghiamo un filo di nichelcromo (terminali 1, 2) a una fonte di corrente e un amperometro, quindi colleghiamo due fili di nichelcromo (morsetti 1-3, 2-4) a una fonte di corrente e un amperometro. Osservare il cambiamento di corrente.

Conclusione 2.

• Con una diminuzione dell'area della sezione trasversale del filo di nichelcromo, la forza della corrente diminuisce, con un aumento dell'area della sezione trasversale, la forza della corrente aumenta.
• Pertanto: per S ↓ ~ I ↓ ~ R R ~ 1/S

Compito 3. Dipendenza della resistenza del conduttore dal tipo di sostanza.

Montiamo il circuito 3, prima colleghiamo il filo di nichelcromo (morsetti 1, 2) alla sorgente di corrente e all'amperometro, quindi colleghiamo il filo di acciaio (morsetti 5, 6) alla sorgente di corrente e all'amperometro. Osservare il cambiamento di corrente.

Conclusione 3.

• La forza della corrente quando si collega un filo di nichelcromo è maggiore rispetto a quando si collega un filo di acciaio (ferro).
• Secondo la tabella, confrontiamo le resistenze specifiche di queste sostanze.
• Pertanto: se I ~ R↓ ~ ρ↓ R ~ ρ

risultati

• La resistenza dipende dalla lunghezza del conduttore, maggiore è la lunghezza del conduttore, maggiore è la sua resistenza.
• La resistenza di un conduttore dipende dall'area della sezione trasversale: meno area sezione del conduttore, maggiore è la resistenza.
• La resistenza di un conduttore dipende dal tipo di sostanza (materiale) di cui è composto.
• La dipendenza della resistenza dalle dimensioni geometriche del conduttore (lunghezza e area della sezione trasversale) e dalla sostanza di cui è composta è stata stabilita per la prima volta da Georg Ohm.
• Questa espressione permette di calcolare la lunghezza del conduttore, la sezione e la resistività del conduttore.

connessione seriale

In connessione seriale tre conduttori, la resistenza aumenta all'aumentare della lunghezza del conduttore (R~L, L~R).

Collegamento in parallelo

In collegamento in parallelo l'area della sezione trasversale del conduttore aumenta, la resistenza diminuirà (a S ↓ ~ R).

Compito

• Compito. Determinare la resistenza del filo telegrafico tra Yuzhno-Sakhalinsk e Tomari, se la distanza tra le città è di 180 km e i fili sono fatti di filo di ferro con una sezione trasversale di 12 mm2
• Compito. Calcolare la resistenza di un filo di contatto in rame sospeso per alimentare un motore di tram se la lunghezza del filo è 5 km e l'area della sezione trasversale è 0,65 cm2.
• Compito. Che lunghezza devo prendere filo di rame con un'area della sezione trasversale di ​​0,5 mm2 in modo che la sua resistenza sia di 34 ohm?
• Compito. Calcola la resistenza di un conduttore di nicromo lungo 5 m e con un'area della sezione trasversale di 0,75 mm2.

Per esistere nell'esploratore corrente continua, ovvero il movimento degli elettroni a velocità costante è necessario affinché una forza esterna ($F$) agisca in modo continuo, pari a:

dove $q_e$ è la carica dell'elettrone. Pertanto, gli elettroni in un conduttore si muovono per attrito. O altrimenti dicono che i conduttori hanno resistenza elettrica (R). La resistenza elettrica per diversi conduttori è diversa e può dipendere dal materiale di cui è composto il conduttore e dalle sue dimensioni geometriche.

La legge di Ohm può essere utilizzata per misurare la resistenza. Per fare ciò, misura la tensione ai capi del conduttore e la forza della corrente che scorre attraverso il conduttore, usa la legge di Ohm per un conduttore omogeneo, calcola la resistenza:

La dipendenza della resistenza dalle dimensioni geometriche e dal materiale del conduttore

Se conduciamo una serie di esperimenti per misurare la resistenza di un conduttore omogeneo di sezione costante, ma di diverse lunghezze ($l$), allora risulta che la sua resistenza elettrica è di lunghezza ($R\sim l$).

I seguenti esperimenti vengono eseguiti per un conduttore omogeneo, dello stesso materiale, della stessa lunghezza, ma sezione diversa, troviamo che la resistenza è inversamente proporzionale all'area della sezione trasversale ($R\sim \frac(1)(S)$).

E il terzo esperimento, per studiare la resistenza elettrica dei conduttori, viene effettuato con conduttori realizzati materiali diversi, di uguale lunghezza e sezione. Risultato: la resistenza dipende anche dal materiale del conduttore. Tutti i risultati ottenuti sono espressi dalla seguente formula per il calcolo della resistenza:

dove $\rho $ è la resistività del materiale.

La resistenza della sezione del circuito tra le sezioni 1 e 2 ($R_(12)$) è chiamata integrale:

Per un conduttore cilindrico omogeneo (in termini di resistività) ($\rho =const,S=const\ $), la resistenza è calcolata con la formula (3).

L'unità SI di base per misurare la resistenza è l'ohm. $1Ω=\frac(1V)(1A).$

Resistività

La resistenza specifica di un materiale è uguale alla resistenza di una particolare sostanza, alta 1 m e con un'area della sezione trasversale di $ 1 m^2 $.

In SI, l'unità di base della resistività è $Ohm\cdot m$.

La resistività delle sostanze dipende dalla temperatura. Per i conduttori, questa dipendenza può essere approssimativamente espressa dalla formula:

dove $(\rho )_0$ è la resistività del conduttore a 00°C, $t$ in gradi Celsius, $\alpha $- coefficiente di temperatura resistenza. Per un largo numero metalli a temperature comprese nell'intervallo $0(\rm()^\circ\!C)\le t\le 100(\rm()^\circ\!C),$ $3.3\cdot (10)^(-3 ) \le \alpha \le 6,2\cdot (10)^(-3)\frac(1)(K)$.

Il coefficiente di resistenza termica di una data sostanza è definito come:

$\alpha $ fornisce l'aumento relativo della resistenza all'aumentare della temperatura di un grado. Cioè, in base alla (6), otteniamo una dipendenza non lineare della resistività dalla temperatura, tuttavia, $\alpha $ non cambia così tanto all'aumentare (discendere) della temperatura, e questa non linearità non viene presa in considerazione in la maggior parte dei casi. Per i metalli $\alfa >0,\ $per $\alfa

La dipendenza della resistività dalla temperatura è spiegata dalla dipendenza del percorso libero medio del portatore di carica dalla temperatura. Questa proprietà è utilizzata in vari strumenti di misura e dispositivi automatici.

Conducibilità elettrica specifica di una sostanza

Il reciproco della resistività è chiamato conducibilità elettrica ($\sigma $):

Nel sistema SI, l'unità di base della conducibilità elettrica è 1 $\frac(Siemens)(m)$ ($\frac(Cm)(m)$). Il valore $\sigma $ caratterizza la capacità di condotta di una sostanza elettricità. La conducibilità elettrica dipende dalla natura chimica della sostanza e dalle condizioni (ad esempio la temperatura) in cui si trova questa sostanza. Se abbiamo visto dall'equazione (4) che $\rho \sim t$, allora $\sigma \sim \frac(1)(t).\ $Si noti che queste dipendenze vengono violate alle basse temperature. Si osserva il fenomeno della superconduttività. A $T\to 0,\ $ per un metallo assolutamente puro con un reticolo cristallino idealmente regolare a zero assoluto resistività dovrebbe essere uguale a zero, rispettivamente, la conducibilità specifica è infinita.

Esempio 1

Compito: Calcolare la resistenza del conduttore (R), se la temperatura è mantenuta ad un capo $t_1$, all'altro $t_2$. Il gradiente di temperatura lungo l'asse del conduttore è costante. La resistenza di questo conduttore a temperatura pari a 00°C è pari a $R_0$.

In base alla costanza del gradiente di temperatura lungo l'asse del conduttore, scriviamo che:

\[\frac(dt)(dx)=k\ \left(1.1\right),\]

dove $k=const.$ Pertanto, puoi trovare la legge della variazione di temperatura quando ti muovi lungo il conduttore, cioè t(x). Per fare ciò, esprimiamo $dt$, otteniamo:

Troviamo l'integrale dalla (1.2), otteniamo:

Poniamo l'origine delle coordinate in un punto che coincide con l'estremità del conduttore, che ha una temperatura di $t_1$. Quindi utilizzando la (1.3), sostituiamo x=0, troviamo la costante C:

All'altra estremità, la temperatura del conduttore è uguale a $t_2, $ sostituiamo in (1.3), prendiamo in considerazione (1.4) $x=l$, dove $l$ è la lunghezza del conduttore, otteniamo :

Per calcolare la resistenza utilizziamo la formula:

dove $\rho =(\rho )_0\left(1+\alpha t\right)$. Calcoliamo l'integrale:

Invece di k nell'espressione (1.7) sostituiamo ciò che abbiamo ottenuto nella (1.5), abbiamo: \

dove $(\rho )_m$ è la densità di massa del conduttore. Esprimiamo dalla (2.2) la lunghezza dell'asta, otteniamo:

Troviamo l'area della sezione trasversale del conduttore secondo la formula:

Sostituendo (2.3) e (2.4) nella (2.1) otteniamo:

Risposta: $R=\frac(\rho )((\rho )_m)\frac(16m)((\pi )^2d^4).$

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Dipendenza resistenza elettrica conduttori dalle loro dimensioni geometriche è che all'aumentare della lunghezza del conduttore e al diminuire della sezione trasversale, la resistenza aumenta.

I trasduttori sensibili alla temperatura si basano sulla dipendenza della resistenza elettrica di un conduttore (o semiconduttore) dalla temperatura.

I termometri a resistenza sfruttano la dipendenza della resistenza elettrica dei conduttori dalla temperatura. Le termoresistenze in platino e rame sono standardizzate.

I trasduttori sensibili alla temperatura si basano sulla dipendenza della resistenza elettrica di un conduttore (o semiconduttore) dalla temperatura.

La loro azione si basa sulla dipendenza della resistenza elettrica dei conduttori dalla temperatura. I grafici della dipendenza della loro resistenza dalla temperatura sono mostrati in fig. 2.16. Fondamentalmente, sono linee rette. Il valore TCES del rame è superiore a quello del platino, quindi il TCM è più sensibile alle variazioni di temperatura, il che spiega la pendenza del grafico. Tuttavia, il limite superiore di misurazione della temperatura per TCM è 200 C e per TSP - più 1100 C. I limiti inferiori sono rispettivamente meno 200 e meno 260 C.

Il principio di funzionamento dei trasduttori si basa sulla dipendenza della resistenza elettrica dei conduttori o dei conduttori dalla temperatura.

Il principio di funzionamento dei convertitori si basa sulla dipendenza della resistenza elettrica di conduttori o semiconduttori dalla temperatura.

Caratteristiche tecniche dei termometri manometrici indicatori.

Il funzionamento di questi termometri si basa sull'uso della dipendenza della resistenza elettrica del conduttore ( filo sottile) sulla temperatura. La termoresistenza è costituita da un avvolgimento in filo sottile su un'apposita cornice in materiale isolante. L'elemento sensibile è racchiuso in una custodia protettiva.

I sensori di resistenza termica si basano sull'uso della dipendenza della resistenza elettrica dei conduttori dalla temperatura. Esistono due modi per utilizzare i termistori come sensori. Nel primo metodo, la temperatura della resistenza termica è determinata dalla temperatura ambiente, poiché la corrente che scorre attraverso il filo della resistenza termica è scelta sufficientemente piccola in modo che il calore da esso rilasciato non influisca sulla temperatura della resistenza termica. Questo metodo è utilizzato nei sensori di temperatura.

I sensori di resistenza termica si basano sull'uso della dipendenza della resistenza elettrica dei conduttori dalla temperatura. Esistono due modi per utilizzare i termistori come sensori. Nel primo metodo, la temperatura della resistenza termica è determinata dalla temperatura ambiente, poiché la corrente che scorre attraverso la resistenza termica è scelta sufficientemente piccola in modo che il calore da essa generato non influisca sulla temperatura della resistenza termica. Questo metodo è utilizzato nei sensori di temperatura.

I trasduttori sensibili alla deformazione (filo) si basano sulla dipendenza della resistenza elettrica del conduttore dallo stress meccanico in esso causato.

I trasduttori tensosensibili (a filo) si basano sulla dipendenza della resistenza elettrica del conduttore dallo stress meccanico in esso causato.