Просмотр кода страницы Электрическое сопротивление

{{другие значения термина|Сопротивление|Сопротивление}}
{{Физическая величина
| Название    = Электрическое сопротивление
| Символ      = <math>\ R</math>
| Размерность = {{nobr|{{math|''L''}}<sup>2</sup>{{math|''MT''}}<sup> −3</sup>{{math|''I''}}<sup> −2</sup> (СИ);}}<br /> {{math|''TL''}}<sup> −1</sup> {{nobr|(СГСЭ, гауссова система);}}<br /> {{math|''LT''}}<sup> −1</sup> (СГСМ)
| СИ = [[Ом]]
| СГСЭ = [[статом]], с/см
| СГСМ = [[абом]], см/с
| другие =
| Примечания =
}}
{{Электродинамика}}
[[Файл:Закон Ома.jpg|thumb|200px|[[Электрическое напряжение]]<br />[[Сила тока]]<br />[[Электрическая мощность]]<br />'''Электрическое сопротивление''']]
'''Электри́ческое сопротивле́ние''' — [[физическая величина]], характеризующая свойство [[Проводник (электричество)|проводника]] препятствовать прохождению [[Электрический ток|электрического тока]] и равная отношению [[Электрическое напряжение|напряжения]] на концах проводника к [[Сила тока|силе тока]], протекающего по нему<ref>{{Из БСЭ|заглавие=Электрическое сопротивление}}</ref>. 

Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями [[Электрический импеданс|импеданса]] и [[Волновое сопротивление|волнового сопротивления]]. [[резистор|Сопротивлением (резистором)]] также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой {{math|R}} или {{math|r}}) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как
: <math>R = \frac{U}{I},</math>
где
: {{math|R}} — сопротивление, Ом;
: {{math|U}} — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В;
: {{math|I}} — [[сила тока]], протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.

== История ==
В 1826 г. [[Ом, Георг Симон|Георг Ом]] экспериментальным путем открыл основной закон электрической цепи, научился вычислять сопротивление металлических проводников и вывел [[закон Ома]]. Таким образом, в первом периоде развития электротехники (1800 –1831 годы) были созданы предпосылки для ее развития, для последующих применений электрического тока.

Само понятие «сопротивление» появилось задолго до изысканий Георга Ома. Впервые этот термин применил и употребил русский ученый [[Петров, Василий Владимирович|Василий Владимирович Петров]]. Он установил количественную зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника: он утверждал, что при использовании более толстой проволоки происходит «более сильное действие… и весьма скорое течение гальвани-вольтовской жидкости». Кроме того, Петров четко указал на то, что при увеличении сечения проводника (при употреблении одной и той же гальванической батареи) сила тока в нем возрастает.<ref>{{Статья|автор=|заглавие=Василий Петров – основоположник отечественной электротехники|ссылка=https://infourok.ru/vasiliy-petrov-osnovopolozhnik-otechestvennoy-elektrotehniki-1415249.html|язык=|издание=/infourok.ru|тип=|год=|месяц=|число=|том=|номер=|страницы=|issn=}}</ref>

== Единицы и размерности ==
[[Размерность физической величины|Размерность]] электрического сопротивления в [[Система физических величин#Примеры|Международной системе величин]]: {{nobr|dim {{math|''R''}} {{=}} {{math|''L''}}<sup>2</sup>{{math|''MT''}}<sup> −3</sup>{{math|''I''}}<sup> −2</sup>}}. В [[СИ|Международной системе единиц (СИ)]], основанной на Международной системе величин, единицей сопротивления является [[ом]] (русское обозначение: Ом; международное: Ω). В системе [[СГС]] как таковой единица сопротивления не имеет специального названия, однако в её расширениях ([[СГСЭ]], [[СГСМ]] и [[гауссова система единиц]]) используются<ref>CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92nd Edition. — Ed. William M. Haynes. — 2011. — ISBN 978-1-4398-5511-9</ref>:
* [[статом]] (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 statΩ = (10<sup>9</sup> {{math|''[[скорость света|c]]''}}<sup>−2</sup>) [[секунда|с]]/[[сантиметр|см]] = {{formatnum:898755178736.818}} Ом (точно) ≈ 8,98755·10<sup>11</sup> Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением {{nobr|1 [[статвольт]]}} течёт ток {{nobr|1 [[статампер]]}});
* [[абом]] (в СГСМ, 1 abΩ = 1·10<sup>−9</sup> Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением {{nobr|1 [[абвольт]]}} течёт ток {{nobr|1 [[абампер]]}}).
Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна {{math|''TL''}}<sup>−1</sup> (то есть совпадает с размерностью обратной [[Скорость|скорости]], с/см), в СГСМ — {{math|''LT''}}<sup>−1</sup> (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с)<ref>Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. — Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. — М.: Наука, 1968. — 939 с.</ref>.

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является [[Электрическая проводимость|электропроводность]], единицей измерения которой в системе СИ служит [[Сименс (единица измерения)|сименс]] (1 См = 1 Ом<sup>−1</sup>), в системе СГСЭ (и гауссовой) [[статсименс]] и в СГСМ — [[абсименс]]<ref name=mho>Иногда в англоязычной литературе сименс называют mho («перевёрнутое» название обратной единицы ohm), соответственно для СГСЭ и СГСМ — statmho (=statsiemens) и abmho (=absiemens).</ref>.

== Физика явления ==
Высокая электропроводность [[металл]]ов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — ''[[Электроны проводимости|электронов проводимости]]'', образующихся из [[Валентные электроны|валентных электронов]] атомов металла, которые не принадлежат определённому [[атом]]у. [[Электрический ток]] в металле возникает под действием внешнего [[электрическое поле|электрического поля]], которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют [[импульс]], а [[энергия]] их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему [[Электрический ток|электрического тока]].

В других средах ([[полупроводник]]ах, [[диэлектрик]]ах, [[электролит]]ах, неполярных жидкостях, [[газ]]ах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная [[Закон Ома|законом Ома]], соблюдается не во всех случаях.

Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от ''[[удельное электрическое сопротивление|удельного электрического сопротивления]]'' материала, из которого он состоит.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

: <math>R=\frac{\rho \cdot l}{S},</math>
где ρ — ''[[Удельное электрическое сопротивление|удельное сопротивление]]'' вещества проводника, Ом·м, ''l'' — длина проводника, м, а ''S'' — площадь сечения, м².

Сопротивление однородного проводника также [[Зависимость сопротивления от температуры|зависит от температуры]].

Удельное сопротивление — скалярная [[физическая величина]], численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.

Сопротивление [[металл]]ов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких [[кельвин]]ов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект [[сверхпроводимость|сверхпроводимости]]). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры (в некотором диапазоне) растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.

== Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника ==
В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.

Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.

Из формулы
: <math>R=\frac{\rho \cdot l}{S},</math>
видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют '''удельным сопротивлением''' вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют '''удельной проводимостью''' вещества и обозначают σ.

== Сопротивление тела человека ==
* Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм<ref>1 кОм в модели, принятой в стандарте [http://nr.stpi.org.tw/ejournal/proceedingA/v23n5/612-621.pdf IEEE Std 80]</ref>. Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

* Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов. Сухая кожа обладает [[Удельное электрическое сопротивление|удельным сопротивлением]] порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В. Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц<ref>{{cite web
 |url         = http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/_private/Sopr_tel_chel.htm
 |title       = Действие электрического тока на человека
 |author      = Новиков С. Г.
 |publisher   = Московский энергетический институт
 |accessdate  = 2013-25-04
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20140619202501/http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/_private/Sopr_tel_chel.htm
 |archivedate = 2014-06-19
 |deadlink    = yes
}}</ref>.

== Метрологические аспекты ==

=== Приборы для измерения сопротивления ===
* [[Омметр]]
* [[Измерительный мост]]
* [[Амперметр]] и [[вольтметр]] (сопротивление находится по формуле)

=== Средства воспроизведения сопротивления ===
* [[Магазин сопротивлений]] — набор резисторов
* [[Мера электрического сопротивления|Катушки электрического сопротивления]]

=== Государственный эталон сопротивления ===
* ГЭТ 14-91 Государственный первичный эталон единицы электрического сопротивления. Институт-хранитель: [[Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева|ВНИИМ]].

== Статическое и динамическое сопротивление ==
В теории нелинейных цепей используются понятия статического и динамического сопротивлений. Статическим сопротивлением нелинейного элемента электрической цепи в заданной точке его [[ВАХ]] называют отношение напряжения на элементе к току в нем. Динамическим сопротивлением нелинейного элемента электрической цепи в заданной точке его ВАХ называют отношение бесконечно
малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока.

== См. также ==
* [[Сверхпроводимость]]
* [[Закон Ома]]
* [[Закон Барлоу]]
* [[Удельное электрическое сопротивление]]
* [[Электрическая проводимость]]
* [[Отрицательное сопротивление]]
* [[Внутреннее сопротивление]]
* [[Электрический импеданс|Импеданс]]
* [[Волновое сопротивление]]
* [[Активное сопротивление]]
* [[Реактивное сопротивление]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/482-resistance-resistivity-and-conductivity-of-conductors.html Таблица удельного сопротивления проводников]
* [http://electricalschool.info/main/osnovy/394-jelektricheskojj-soprotivlenie.html Электрическое сопротивление проводников]

== Литература ==
* {{книга | автор  = В. Г. Герасимов, Э. В. Кузнецов, О. В. Николаева | заглавие = Электротехника и электроника. Кн. 1. Электрические и магнитные цепи | место = М. | издательство  = Энергоатомиздат | год = 1996 | страниц  = 288 | isbn = 5-283-05005-X | ref  = Герасимов}}

[[Категория:Электричество]]
[[Категория:Физические величины]]
[[Категория:Теоретические основы электроники]]