Сопротивление - это способность чего-то или кого-то сопротивляться чему-то или кому-то. Это так просто? Ну да). Почти то же самое и в электротехнике. Сопротивление в электротехнике играет очень важную фундаментальную роль. Это, можно сказать, основа основ.
Аналогия с гидравликой
Если вы читали предыдущие статьи об электрическом токе и электрическом напряжении, вы знаете, что мы представляем электрический ток как движение электронов в одном направлении.
То же самое можно сказать о садовом шланге с водой внутри. Когда вода не течет из шланга, молекулы воды находятся в состоянии покоя.
Но когда мы включим водяной насос, молекулы воды будут двигаться в одном направлении, и у нас произойдет давление воды в шланге.
Для нас водяной насос представляет собой ЭДС. Давление в шланге, создаваемое водяным насосом, является напряжением.
В электротехнике мы будем называть термин “сопротивление” конкретно ”сопротивлением электрическому току". Сопротивление препятствует протеканию электрического тока.
Что влияет на величину сопротивления в гидравлике
Какие же факторы могут влиять на сопротивление при протекании жидкости в шланге?
Площадь поперечного сечения
Давайте рассмотрим две трубы одинаковой длины: садовый шланг и нефтепровод.
Какое из них создаст большее сопротивление потоку воды? Я думаю, что в нефтепроводе.
Таким образом, сопротивление зависит от поперечного сечения проводника. Чем больше площадь поперечного сечения, тем легче воде течь по трубе. Я думаю, это очевидно.
Из чего сделано
Давайте представим, что у нас есть садовый шланг с губкой по всей длине.
И давайте возьмем простой резиновый садовый шланг той же длины.
Теперь скажите мне, какой шланг лучше пропускает воду? Конечно резиновый! Потому что он оказывает меньшее сопротивление потоку воды. Можно даже сказать, что два шланга имеют разное удельное сопротивление (об этом термине ниже в статье).
Длина
Давайте возьмем два шланга из одного материала и одинакового диаметра, но длина одного шланга будет намного больше другого.
Через какие два шланга воде будет легче течь? Я думаю, что это короткий шланг. Что вы думаете?
Сопротивление в электронике
Как я уже много раз говорил ранее, электроника является близким аналогом гидравлики, поэтому все, о чем мы только что говорили, может быть применено и к электронике. Только в нашем случае вместо трубы будет провод из какого-нибудь металла. Почему металла? Да потому что в металле очень много свободных электронов.
Площадь поперечного сечения провода
Как вы думаете, какой провод будет иметь наименьшее сопротивление электрическому току, если они будут одинаковой длины?
Давайте вспомним гидравлику. У нас были две трубы одинаковой длины с воздухом внутри, но разного диаметра.
Поскольку площадь поперечного сечения нефтепровода больше, следовательно, он будет оказывать меньшее сопротивление потоку воды, чем садовый шланг с очень маленькой площадью поперечного сечения.
Какова площадь поперечного сечения провода? На картинке площадь поперечного сечения каждого провода я закрасил красным цветом.
Ну, то же самое и в электронике! Итак, провод с площадью поперечного сечения 50 мм2 будет иметь наименьшее сопротивление по сравнению с другими проводами. Наибольшее сопротивление будет у провода с наименьшим поперечным сечением 1 мм2. (Не забывайте, что у нас в примере все провода одинаковой длины.)
Сопротивление материала
Итак, теперь у нас есть два провода с одинаковым поперечным сечением и пусть их длина будет равной. Но есть одно отличие. Они сделаны из разных материалов. Один - медь, а другой - алюминий. У какого из них сопротивление меньше? Интересный вопрос, не правда ли?
Дело в том, что эти два металла имеют разные удельное электрическое сопротивление.
Это была бы полная аналогия со шлангами, которые заполнены губкой и воздухом.
В электронике удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ.
Но если мы знаем, что воздух обладает меньшим сопротивлением воде, чем губка, как мы узнаем, какой тип металла обладает меньшим электрическим сопротивлением? Чтобы узнать это, мы должны воспользоваться таблицей.
Из этой таблицы мы видим, что удельное сопротивление меди меньше удельного сопротивления алюминия. Это означает, что медный провод будет иметь меньшее сопротивление, чем алюминиевый. Одним из лучших проводников, как видно из таблицы, является серебро. Но поскольку оно очень дорогое, его редко используют в электронике.
Длина провода
Давайте взглянем на эти два медных провода, которые имеют одинаковый диаметр, но разную длину.
Какой провод имел бы меньшее сопротивление? Конечно, тот, что покороче. Вспомните аналогию с гидравликой. Это то же самое.
Формула сопротивления
Итак, мы узнали, что сопротивление зависит от таких параметров, как площадь поперечного сечения провода, из чего он сделан и длина провода. А вот и формула:
где
R – сопротивление, обозначаемое заглавной греческой буквой omega (Ω) или “ом”.
l - длина провода, м
ρ – удельное сопротивление, Ом⋅м
S – площадь поперечного сечения, м2