Проектирование и эксплуатация электрических приборов и установок во многом зависят от сопротивления материалов. В статье будет подробно рассказано, что из себя представляет величина электрического сопротивления 1 Ом.
Дополнительно будет дано описание обозначения этой единицы и правила замера сопротивления при помощи мультиметра.
Определение
Для того чтобы узнать, что такое за значение 1 Ом, необходимо знать определение электрического сопротивления. Электрическое сопротивление — это физическая величина, определяющая сопротивляемость проводника прохождению электрического тока.
Сопротивление измеряется в Омах. 1 Ом — это сопротивление участка электроцепи, между концами которой протекает электроток в один ампер, а напряжение на его концах при этом равняется одному вольту.
Данная величина обозначается в Омах.
Физика явления в диэлектриках и её применение
Сопротивление диэлектриков весьма высоко, и это качество широко используется в физике и технике при применении их в качестве изоляторов. Идеальным диэлектриком является вакуум и, казалось бы, о каком сопротивлении в вакууме может идти речь? Однако, благодаря одной из работ Альберта Эйнштейна о работе выхода электронов из металлов, которая незаслуженно обойдена вниманием журналистов, в отличие от его статей по теории относительности, человечество получило доступ к технической реализации огромного класса электронных приборов, ознаменовавших зарю радиоэлектроники, и по сей день исправно служащих людям.
Магнетрон 2М219J, установленный в бытовой микроволновой печи
Согласно Эйнштейну, любой проводящий материал окружён облаком электронов, и эти электроны, при приложении внешнего электрического поля, образуют электронный луч. Вакуумные двухэлектродные приборы обладают различным сопротивлением при смене полярности приложенного напряжения. Раньше они использовались для выпрямления переменного тока. Трёх- и более электродные лампы использовались для усиления сигналов. Теперь они вытеснены более выгодными с энергетической точки зрения транзисторами.
Однако осталась область применения, где приборы на основе электронного луча совершенно незаменимы — это рентгеновские трубки, применяемые в радиолокационных станциях магнетроны и другие электровакуумные приборы. Инженеры и по сей день всматриваются в экраны осциллографов с электронно-лучевыми трубками, определяя характер происходящих физических процессов, доктора не могут обойтись без рентгеновских снимков, и все мы ежедневно пользуемся микроволновыми печами, в которых стоят СВЧ-излучатели — магнетроны.
Поскольку характер проводимости в вакууме носит только электронный характер, сопротивление большинства электровакуумных приборов подчиняется закону Ома.
Резисторы поверхностного монтажа
Ом
Все существующие материалы имеют физическую способность к проводимости электрического тока. Эти материалы подразделяются на 2 основные группы:
- Изоляторы. Подобные материалы не проводят электрический ток. Из наиболее известных изоляторов можно выделить резину, дерево, стекло, пластик.
- Проводники. Эти материалы имеют сравнительно маленькое сопротивление, поэтому свободно пропускают через себя заряженные электроны. В электротехнике используется медь, алюминий, железо, золото.
Ом — это в системе СИ единица измерения электрического сопротивления. Эта способность материалов была открыта немецким физиком Георгом Симоном Омом. Параметр проводимости получил свое специальное обозначение — значок Ома или символ Омега «Ω».
Физика в качестве базовой величины сопротивления использует величину 1 Ом. Сила в 1000 Ом имеет сокращенное обозначение 1 кОм. В зависимости от типа проводника, сопротивление может иметь различные значения. В физике максимальное значение сопротивление — 1 Йоттаом (ИОм), которое равняется 10 в 24 степени Ом. Сколько существует различных производных единиц сопротивления, можно увидеть на рисунке ниже.
По причине часто возникающих ошибок при написании, было принято еще одно обозначение Ом для Европейской системы классификации. Во многих технических руководствах вы можете встретить обозначение «ohm».
Важно! В рукописном варианте для обозначения сопротивления используют само слово «Ом», а не греческую букву «Омега». Знак «Ω» используется в электронных технических руководствах и при обозначении параметров радиодеталей.
Параметр проводимости измеряется не только по системе СИ. Существует система СГС, которая определяет проводимость по параметрам длины, веса и времени. Параметр СГС или сантиметр, грамм, секунда. По данной классификации, электрическая проводимость для СГС имеет обозначение СГСR. Величина указывает сопротивление не всего проводника, а только его отдельного участка, с учетом длины и веса. Также учитывается время прохождения заряда в 1 вольт по этому участку.
СГС и обычная электрическая проводимость сильно отличаются. Так одна единица СГСR равняется 9*10 в 11 степени Ом. Данная система не имеет практического применения в радиоэлектронике, по причине того, что многие расчетные величины безмерны. Она используется при расчетах электромагнетизма в системе Гаусса, а также в электродинамике.
Электричество
Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.
Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.
Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.
Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.
Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.
Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10-19
Кл (Кулон). Обозначается
е
или
е–
.
Формула расчета
Расчет электрического сопротивления делается по специальной формуле. Она состоит из следующих значений:
- «I» — сила тока, воздействующая на проводник в амперах;
- «U» — величина электрического напряжения в вольтах;
- «R» — величина электрического сопротивления проводника в омах.
Формула выглядит следующим образом: I=U/R.
Зная рабочее напряжение и силу тока, можно легко вычислить рабочее сопротивление. Например, электрическая печь работает от напряжения 240 вольт, при силе тока 2 ампера.
240/2=120 Ом.
Рабочее сопротивление — определяющий параметр при эксплуатации электрооборудования и его ремонте.
При повышении сопротивления значительно снижается проводимость, а значит и сила тока в цепи. При снижении сопротивления, сильно увеличивается сила тока.
Эти особенности проводников часто используются инженерами. Например, для получения высокой температуры, используется спираль с большим сопротивлением. И наоборот, для того, чтобы загорелась лампа накаливания, используется вольфрамовая спираль с очень низким сопротивлением.
Как известно любое физическое воздействие влечет за собой выделение тепловой энергии. При помощи значения проводимости можно легко рассчитать количество выделяемого тепла или Ватт. Делается это при помощи формулы: Вт=А×Ом.
Физический смысл активного сопротивления (Z)
Понятие Z цепи немного отличается от понятия Омического R. В цепи тока может происходить преобразование электрической энергии в механическую. Например, при работе электродвигателя или химическую, при заряде аккумулятора.
В цепи переменного тока может иметь место поглощение электромагнитной энергии в сердечнике катушки. Энергия может передаваться из одной цепи в другую.
В случае переменного тока, его плотность в проводах убывает, поэтому рабочее сечение провода оказывается меньше геометрического размера. Действующее активное R возрастает по сравнению со значением сопротивления, определенного по удельному типу. В результате, при использовании переменного тока, проводник нагревается сильнее, чем при постоянном.
Поэтому в радиотехнике высокой частоты, проводники делают рубчатыми, а поверхность покрывают серебром или золотом, что предотвращает окисление.
Формула активного R: Z=U*I.
Замер
Наиболее известная радиодеталь, обладающая стабильным рабочим сопротивлением — резистор. Этот элемент не имеет индуктивности и емкости, поэтому может без потери снижать выходящее сопротивление для стабильной работы других компонентов цепи.
Для того чтобы проверить сопротивление проводника, используется прибор омметр. Мерить также можно электронным мультиметром, оснащенным функцией омметра.
Далее будет описан процесс измерения на примере обычного резистора.
- Выставить на мультиметре режим омметра. На приборе есть свое обозначение значка ома — это символ «Ω».
- Красный измерительный щуп подключить к контакту резистора.
- Черный измерительный щуп подключить ко второму контакту элемента.
- Полученные на дисплее прибора омы надо сравнить с маркировкой на корпусе детали.
Резисторы получают специальное обозначение на корпусе, равное способности радиодетали проводить электрический ток. При измерении значения не должны сильно отклоняться от эталонных.
Важно! Мерить данный параметр можно только на обесточенной цепи. Перед замером на схеме стоит проверить напряжение на конденсаторах и разрядить их.
Параметр сопротивления можно использовать и для проверки целостности элементов электрической цепи. Для точного определения причины неисправности электрических приборов мастер должен знать рабочее сопротивление устройства или силу тока, при котором оно работает. Если в процессе измерения рабочий параметр увеличился, можно сделать вывод о наличии короткого замыкания в цепи, пригорании контактов или повреждении катушки индуктивности. При значительном снижении параметра увеличится значение силы тока, что станет причиной выгорания конденсаторов, части резисторов, увеличения общей рабочей температуры устройства.
Современные мультиметры имеют функцию «прозвонки» со звуковым оповещением. Этот режим можно легко заменить режимом омметра. При помощи омметра можно мерить целостность жил проводки, определять целостность обмотки электрических двигателей и катушек индуктивности.
Очень часто новички используют параметр электрической проводимости и рабочего напряжения для расчета силы тока для нормального функционирования прибора. Делать подобные расчеты можно только при проектировании, используя формулу: А=В/Ом. Имея уже функциональное устройство расчет может быть неверным, если рабочее сопротивление было завышено/занижено вышедшими из строя элементами цепи.
Онлайн калькуляторы для определения номинала резисторов по цветовой маркировке
Иногда при проверке резистора, омметр показывает, какое-то сопротивление, но если резистор в результате перегрузок изменил свое сопротивление и оно уже не соответствует маркировке, то такой резистор применять недопустимо. Современные резисторы маркируются с помощью цветных колец. Определить номинал резистора, маркированного цветными кольцами удобней всего с помощью онлайн калькулятора.
Онлайн калькулятор для определения сопротивления резисторов маркированных 4 цветными кольцами
Онлайн калькулятор для определения сопротивления резисторов маркированных 5 цветными кольцами
Как измерить омическое сопротивление изоляции кабеля
Перед испытанием следует удалить остаточный заряд с отсоединенных токоведущих частей. Это делается путем подключения их к наземной шине. Снимается контактная перемычка только после подключения прибора-измерителя. В конце теста остаточный заряд снова снимается путем кратковременного замыкания на землю. Найти величину сопротивления можно двумя путями: либо с помощью расчета или таблицы, либо непосредственно с помощью приборов.
По таблице ПУЭ
Значения сопротивления зависят от поперечного сечения элемента, проводящего электрический ток, и материала, из которого он изготовлен.
Таблица для алюминиевого провода
Обычно это медь или алюминий. Основные значения указаны в таблице:
Таблица для медного провода
С помощью приборов
Как правило, оборудование, используемое для проведения измерений, делится на две группы: панельные измерители и мегомметры. Первый используется для мобильных или стационарных электрических установок с независимой нейтралью. Индикаторы и компоненты реле включены в типичную конструкцию оборудования контроля изоляции. Эти счетчики могут работать в непрерывном режиме и могут использоваться в сетях переменного тока напряжением 220 В или 380 В с разными частотами.
В большинстве же случаев измерение производится с помощью мегомметра. Он отличается от обычных омметров тем, что может работать при достаточно высоких значениях напряжения, генерируемых самим устройством. Существует два типа мегомметров:
- Аналоговый.
Аналоговый прибор
- Цифровой.
Цифровой датчик Стандартный мегомметр содержит три датчика. К ним подключаются: защитное заземление, измерительные провода, экранирование. Последний используется для устранения тока утечки.
Метод измерения можно выразить следующим образом:
- В соответствии с требованиями, предъявляемыми к производственной линии, выбирается испытательное напряжение. Например, для домашней проводки значение устанавливается в диапазоне от 100 до 500 В.
- При использовании цифрового устройства необходимо нажать кнопку «Тест», а на аналоговом устройстве поворачивать ручку, пока индикатор не покажет требуемое значение напряжения.
- Линейный выход тестера подключить к испытательному сердечнику кабеля, а выход заземления к жгуту из остальных проводов. То есть каждый сердечник проверяется относительно остальных электрических проводов, электрически соединенных друг с другом.
Важно! Если полученные данные неудовлетворительные, каждая жила в кабеле проверяется отдельно.
- Записать все полученные значения и сравнить их со спецификациями.
Подключение датчика к кабелям
Чему равно сопротивление проводника длиной 15 м?
Нам известно, что длина проволоки 15м, площадь поперечного сечения 2 мм2. Необходимо найти сопротивление проволоки. Для этого надо подставить все известные нам величины в эту формулу и посчитать. В итоге сопротивление проволоки с длиной 15 м равно 0,12 Ом.
Интересные материалы:
Как правильно надрезать каштаны? Как правильно накручиваться на бигуди? Как правильно накрутить локоны на бигуди? Как правильно намазать масло на хлеб? Как правильно наносить масло Усьмы? Как правильно наносить минеральную рассыпчатую пудру? Как правильно наносить оттеночный шампунь? Как правильно наносить румяна? Как правильно наносить скраб от целлюлита? Как правильно наносить воск на мойке самообслуживания?
