3.2 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 чинять протидію, або опираються проходженню через них струму, та зменшують цей струм. Це явище характеризує величина, яка обернена провідності, яку назвали опором. Таким чином, опір - це властивість провідника протидіяти проходженню через нього струму. Позначається - R. Вимірюється в Ом.

Позначення опору в електричних схемах вказане на рис. 3.2:

Рисунок 3.2 - 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 та обернено пропорційний його опору:

Величина опору визначається електропровідністю матеріалу із якого виготовлений провід 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 порівнянні 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 частину змінюється опір провідника при нагріві на 1К чи на 1°С. Деякі сплави мають дуже мале змінення опору при змінені температури. Наприклад, нікелін, манганін. Проволока з таких металів використовується у приладах, 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