Resistencia eléctrica
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|---|---|
| Dimensión |
L 2 MT– 3 I –2 (SI); TL - 1(CGSE, sistema Gaussiano); LT- 1(SGSM ) |
| Unidades | |
| SI | Ohm |
| SGSE | estadística , s/cm |
| SGSM | abom , cm/s |
La resistencia eléctrica es una magnitud física que caracteriza la propiedad de un conductor para impedir el paso de corriente eléctrica y es igual a la relación entre la tensión en los extremos del conductor y la intensidad de la corriente que circula por él [1]
La resistencia para circuitos de CA y para campos electromagnéticos alternos se describe en términos de impedancia y resistencia de onda . Resistencia (resistor) también se denomina componente de radio diseñado para ser introducido en circuitos eléctricos de resistencia activa.
La resistencia (a menudo denotada por la letra R o r ) se considera, dentro de ciertos límites, un valor constante para un conductor dado; se puede calcular como
dónde
R - resistencia, ohmios (Ω); U es la diferencia de potenciales eléctricos (voltaje) en los extremos del conductor, Volt (V); I - corriente que fluye entre los extremos del conductor bajo la acción de una diferencia de potencial, Ampere (A).Historia
En 1826, Georg Ohm descubrió experimentalmente la ley básica de un circuito eléctrico, aprendió a calcular la resistencia de los conductores metálicos y derivó la ley de Ohm . Así, en el primer período del desarrollo de la ingeniería eléctrica (1800-1831), se crearon los requisitos previos para su desarrollo, para posteriores aplicaciones de la corriente eléctrica.
El concepto mismo de "resistencia" apareció mucho antes de las investigaciones de Georg Ohm. Por primera vez este término fue aplicado y utilizado por el científico ruso Vasily Vladimirovich Petrov . Estableció una dependencia cuantitativa de la fuerza de la corriente en el área de la sección transversal del conductor: argumentó que cuando se usa un alambre más grueso, hay una "acción más fuerte... y un flujo muy rápido de la galvanic- fluido voltaico". Además, Petrov señaló claramente que con un aumento en la sección transversal del conductor (cuando se usa la misma batería galvánica), aumenta la intensidad de la corriente. [2]
Unidades y dimensiones
La dimensión de la resistencia eléctrica en el sistema internacional de cantidades : dim R \ u003d L 2 MT -3 I -2 . En el Sistema Internacional de Unidades (SI) , basado en el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de resistencia es el ohm (designación rusa: Ohm; internacional: Ω). En el sistema CGS , como tal, la unidad de resistencia no tiene un nombre especial, sin embargo, en sus extensiones ( CGSE , CGSM y sistema de unidades de Gauss ) [3] se utilizan :
- stat (en el sistema CGSE y Gaussiano, 1 statΩ \u003d (10 9 s −2 ) s / cm \u003d 898 755 178 736.818 Ohm (exactamente) ≈ 8.98755 10 11 Ohm, igual a la resistencia del conductor a través del cual 1 statvolt fluye bajo corriente de voltaje 1 statampere );
- abom (en SGSM, 1 abΩ \u003d 1 10 −9 Ohm \u003d 1 nanoohm, igual a la resistencia del conductor a través del cual fluye una corriente de 1 abamperio bajo un voltaje de 1 abvolt ).
La dimensión de la resistencia en el CGSE y el sistema gaussiano es TL −1 (es decir, coincide con la dimensión de la velocidad recíproca , s/cm), en el CGSM es LT −1 (es decir, coincide con la dimensión de la velocidad, cm/s) [4] .
El recíproco de la resistencia es la conductividad eléctrica , cuya unidad de medida en el sistema SI es el siemens (1 Sm = 1 Ohm− 1 ), en el CGSE (y Gaussiano) siemens estadístico y en el CGSM - absimens [5] .
Física del fenómeno
La alta conductividad eléctrica de los metales se debe a que tienen un gran número de portadores de corriente - electrones de conducción formados a partir de electrones de valencia de átomos metálicos que no pertenecen a un átomo específico . Una corriente eléctrica en un metal surge bajo la influencia de un campo eléctrico externo , lo que provoca un movimiento ordenado de electrones. Los electrones que se mueven bajo la acción del campo se dispersan por falta de homogeneidad de la red iónica (sobre impurezas, defectos de red, así como violaciones de la estructura periódica asociada con vibraciones térmicas de iones). En este caso, los electrones pierden su impulso y la energía de su movimiento se convierte en la energía interna de la red cristalina, lo que provoca el calentamiento del conductor cuando pasa una corriente eléctrica a través de él .
En otros medios ( semiconductores , dieléctricos , electrolitos , líquidos no polares, gases , etc.), dependiendo de la naturaleza de los portadores de carga, la causa física de la resistencia puede ser diferente. La dependencia lineal, expresada por la ley de Ohm , no se observa en todos los casos.
La resistencia de un conductor, ceteris paribus, depende de su geometría y de la resistividad eléctrica del material que lo compone.
La resistencia de un conductor homogéneo de sección transversal constante depende de las propiedades de la sustancia del conductor, su longitud, sección transversal y se calcula mediante la fórmula:
donde ρ es la resistividad del material conductor, Ohm m, l es la longitud del conductor, m, y S es el área de la sección transversal, m².
La resistencia de un conductor homogéneo también depende de la temperatura .
La resistividad es una cantidad física escalar , numéricamente igual a la resistencia de un conductor cilíndrico homogéneo de unidad de longitud y unidad de área de sección transversal.
La resistencia de los metales disminuye al disminuir la temperatura; a temperaturas del orden de unos pocos kelvin , la resistencia de la mayoría de los metales y aleaciones tiende a ser igual a cero ( efecto de superconductividad ). Por el contrario, la resistencia de los semiconductores y aislantes aumenta al disminuir la temperatura (en un cierto rango). La resistencia también cambia a medida que aumenta la corriente/voltaje que fluye a través del conductor/semiconductor.
Dependencia de la resistencia del material, longitud y área de la sección transversal del conductor
En un metal, los electrones libres son portadores de carga móviles. Podemos suponer que durante su movimiento caótico se comportan como moléculas de gas . Por lo tanto, en la física clásica, los electrones libres en los metales se denominan gas de electrones y, en una primera aproximación, se cree que las leyes establecidas para un gas ideal son aplicables a él.
La densidad del gas de electrones y la estructura de la red cristalina dependen del tipo de metal. Por tanto, la resistencia de un conductor debe depender del tipo de su sustancia. Además, también debe depender de la longitud del conductor, su área de sección transversal y la temperatura.
La influencia de la sección transversal del conductor en su resistencia se explica por el hecho de que con una disminución en la sección transversal, el flujo de electrones en el conductor a la misma intensidad de corriente se vuelve más denso, por lo tanto, la interacción de electrones con partículas de materia en el conductor se hace más fuerte.
De la fórmula
Se puede ver que la resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional al área de su sección transversal. El valor de ρ, que caracteriza la dependencia de la resistencia del conductor del material del que está hecho y de las condiciones externas, se denomina resistencia específica de la sustancia. La resistencia específica de varias sustancias en los cálculos se toma de las tablas.
El recíproco de la resistividad se denomina conductividad específica de una sustancia y se denota como σ.
Resistencia del cuerpo humano
- Para calcular el valor peligroso de la corriente que fluye a través de una persona cuando se encuentra bajo un voltaje eléctrico con una frecuencia de 50 Hertz (Hz), se supone convencionalmente que la resistencia del cuerpo humano es de 1 kOhm [6] . Este valor tiene poca relación con la resistencia real del cuerpo humano. En realidad, la resistencia de una persona no es óhmica, ya que este valor, en primer lugar, no es lineal con respecto al voltaje aplicado, en segundo lugar, cambia con el tiempo, en tercer lugar, es mucho menor en una persona que está preocupada y, por lo tanto, suda, etc. d.
- Se suele observar un daño grave en el tejido humano con el paso de una corriente de unos 100 mA. Una corriente de hasta 1 mA se considera completamente segura. La resistencia específica del cuerpo humano depende del estado de la piel. La piel seca tiene una resistividad del orden de los 10.000 ohm m, por lo que sólo se pueden alcanzar corrientes peligrosas con tensiones significativas. Sin embargo, en presencia de humedad, la resistencia del cuerpo humano disminuye bruscamente y solo se puede considerar seguro un voltaje por debajo de 12 V. La resistencia específica de la sangre es de 1 Ohm m a 50 Hz [7] .
Aspectos metrológicos
Instrumentos para medir la resistencia
- Ohmímetro
- puente de medición
- Amperímetro y voltímetro (la resistencia se encuentra mediante la fórmula)
Medios de reproducción de la resistencia
- Tienda de resistencias - Juego de resistencias
- Bobinas de resistencia eléctrica
Estándar estatal de resistencia
- GET 14-91 Estado estándar primario de la unidad de resistencia eléctrica. Instituto Custodio: VNIIM .
Resistencia estática y dinámica
En la teoría de circuitos no lineales se utilizan los conceptos de resistencia estática y dinámica. La resistencia estática de un elemento no lineal de un circuito eléctrico en un punto dado en su CVC es la relación entre el voltaje a través del elemento y la corriente en él. La resistencia dinámica de un elemento no lineal de un circuito eléctrico en un punto dado de su CVC es la relación entre un incremento de voltaje infinitesimal y el incremento de corriente correspondiente.
Véase también
- Superconductividad
- Ley de Ohm
- ley de barlow
- Resistencia eléctrica específica
- conductividad eléctrica
- resistencia negativa
- Resistencia interna
- Impedancia
- Impedancia de onda
- Resistencia activa
- Resistencia reactiva
Notas
- ↑ Resistencia eléctrica : artículo de la Gran Enciclopedia Soviética .
- ↑ Vasily Petrov - el fundador de la ingeniería eléctrica doméstica // / infourok.ru.
- ↑ Manual CRC de química y física, 92.ª edición. ed. Guillermo M. Haynes. - 2011. - ISBN 978-1-4398-5511-9
- ↑ B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf. — Manual de física para ingenieros y estudiantes universitarios. — M.: Nauka, 1968. — 939 p.
- ↑ A veces, en la literatura inglesa, siemens se llama mho (nombre "invertido" de la unidad inversa ohm), respectivamente para CGSE y SGSM - statmho (=statsiemens) y abmho (=absiemens).
- ↑ 1 kΩ en el modelo IEEE Std 80. Archivado el 23 de agosto de 2011 en Wayback Machine .
- ↑ Novikov S. G. El efecto de la corriente eléctrica en una persona (enlace inaccesible) . Instituto de Ingeniería Eléctrica de Moscú. Fecha de acceso: 2013-25-04. Archivado desde el original el 19 de junio de 2014.
Enlaces
Literatura
- V. G. Gerasimov, E. V. Kuznetsov, O. V. Nikolaeva. Electricidad y Electrónica. Libro. 1. Circuitos eléctricos y magnéticos. - M. : Energoatomizdat, 1996. - 288 p. — ISBN 5-283-05005-X .