Elektr qarshiligi

Elektr qarshiligi
 R
O‘lchamlilik L2MT −3I −2 (SI);
TL −1 (SGSE, Gauss tizimi);
LT −1 (SGSM)
O‘lchov birliklari
SI Om
SGSE statom, s/sm
SGSM abom, sm/s
U — Elektr kuchlanishi
I — Tok kuchi
P — Elektr quvvati
R — elektr qarshiligi

Elektr qarshiligi — fizik kattalik bo‘lib, u o‘tkazgich yoki elektr zanjiri orqali o‘tayotgan elektr tokiga ko‘rsatiladigan qarshilikni tavsiflaydi. O‘zgarmas tok zanjirlarida o‘tkazgich yoki zanjir elementining R qarshiligi zanjir qismi uchun Om qonunidagi elektr kuchlanishi U va tok kuchi I o‘rtasidagi proporsionallik koeffitsiyenti sifatida Om qonuni orqali aniqlanadi:

R=UI,

bu yerda:

O‘tkazgichning qarshiligi uning geometrik o‘lchamlari, materiali, harorati va boshqa omillarga bog‘liq.

Ko‘plab materiallarda va turli sharoitlarda kuchlanish bilan tok kuchi bir-biriga proporsional bo‘ladi. Shu sababli bunday hollarda mazkur o‘tkazgichning qarshiligi berilgan sharoitlarda (harorat va boshqalarda) o‘zgarmas qiymat hisoblanadi. Bu munosabat Om qonuni deb ataladi, unga bo‘ysunadigan materiallar esa omik (chiziqli, ideal) materiallar deyiladi.

Tok kuchi va kuchlanish bir-biriga proporsional bo‘lmagan hollarda (masalan, diodlarda yoki cho‘g‘lanma lampalarda) qarshilik tok kuchiga bog‘liq bo‘ladi.

Zanjirdagi o‘zgaruvchan tok va o‘zgaruvchan elektromagnit maydonlar uchun qarshilik impedans va to‘lqin qarshiligi tushunchalari orqali ifodalanadi. Shuningdek, norasmiy tarzda «qarshilik» deb rezistor — elektr zanjiriga qo‘shimcha qarshilik kiritish orqali tokni rostlashga mo‘ljallangan radioelektron detalga ham aytiladi.

Birliklar va o‘lchamlilik

Aynan Xalqaro birliklar tizimida (SI) elektr qarshiligining birligi om (ruscha belgilanishi: Om; xalqaro belgilanishi: Ω).

1 Ом=1 В1 А.

O‘lchamlilik — elektr qarshiligining Xalqaro kattaliklar tizimidagi: dim R=L2MT−3I−2.

Kengaytirilgan SGS tizimida quyidagi birliklardan foydalaniladi:

  • statom (SGSE va Gauss tizimida), 1 statΩ ≈ 8,98755·1011 Om — shunday o‘tkazgichning qarshiligiki, unga 1 statvolt kuchlanish berilganda, undagi tok kuchi aynan 1 statamper.
  • abom (SGSM), 1 abΩ = 1·10−9 Om — shunday o‘tkazgichning qarshiligiki, unga 1 abvolt kuchlanish berilganda, undagi tok kuchi aynan 1 abamper.

Tarix

1826-yilda Georg Om tajriba yo‘li bilan elektr zanjirining asosiy qonunini kashf etdi, metall o‘tkazgichlarning elektr qarshiligini hisoblash usulini topdi va Om qonunini keltirib chiqardi. Shu tariqa, elektrotexnika rivojlanishining dastlabki davrida (1800−1831-yillarda) uning keyingi taraqqiyoti va elektr tokidan foydalanish uchun zamin yaratildi.

«Qarshilik» tushunchasi Georg Om tadqiqotlaridan ancha oldin paydo bo‘lgan. Bu atamani birinchi bo‘lib rus olimi Vasiliy Vladimirovich Petrov 1801-1802-yillarda qo‘llagan. U tok kuchining o‘tkazgich kesim yuzasiga bog‘liqligini aniqlab, qalinroq sim galvanik batareyaning.

Hodisaning fizik mohiyati

Elektr qarshiligining past bo‘lishi metallarda ko‘plab zaryad tashuvchilar — o‘tkazuvchanlik elektronlari mavjudligi bilan bog‘liq. Ular metall atomlarining valent elektronlaridan ajralib, o‘tkazgichning butun hajmi bo‘ylab erkin harakatlanadi. Elektr toki metallarda tashqi elektr maydoni taʼsirida vujudga keladi; bu maydon erkin elektronlarning tartibli harakatini yuzaga keltiradi.

Harakat jarayonida elektronlar ion panjarasining bir jinsli bo‘lmagan joylarida (aralashmalar, panjara nuqsonlari, ionlarning issiqlik tebranishlarida) sochiladi. Bunda elektronlar impulsini, harakat energiyasi esa kristall panjaraning ichki energiyasiga aylanadi. Natijada o‘tkazgichdan elektr toki o‘tganda u qiziydi. Metallardagi elektronlarning elektr maydoni taʼsiridagi harakati klassik yaqinlashuvda Drude nazariyasi.

Boshqa muhitlarda (yarimo‘tkazgichlarda, dielektriklarda, elektrolitlarda, qutbsiz suyuqliklarda, gazlarda va hokazolarda) qarshilikning fizik sababi zaryad tashuvchilarning tabiati va harakat mexanizmiga qarab farq qilishi mumkin. Om qonuni bilan ifodalanadigan chiziqli bog‘liqlik barcha hollarda ham kuzatilmaydi.

Geometriya va materialga bog‘liqligi

Kesimi o‘zgarmas, bir jinsli o‘tkazgichning qarshiligi boshqa sharoitlar bir xil bo‘lganda uning materiali xossalariga, uzunligiga va ko‘ndalang kesimi yuzasiga bog‘liq. O‘zgarmas tok uchun bu bog‘liqlik quyidagi formula bilan ifodalanadi:

R=ρlS,

bu yerda:

  • l — o‘tkazgichning uzunligi (m);
  • S — ko‘ndalang kesim yuzasi (m²);
  • ρ — solishtirma elektr qarshiligi — materialning solishtirma elektr qarshiligi (Om·m).

Solishtirma elektr qarshiligiρ — materialning elektr toki o‘tishiga to‘sqinlik qilish qobiliyatini ko‘rsatuvchi xususiyatdir. Materialning solishtirma qarshiligi uning kristall panjarasi tuzilishiga va erkin elektronlar taqsimotiga bog‘liq.

Turli materiallarning solishtirma qarshiligi bir-biridan juda katta farq qiladi. Masalan, teflonning solishtirma qarshiligi taxminan 1030 marta misnikidan yuqori. Buning sababi shundaki, metallarda elektronlar erkin tarqalgan bo‘lsa, dielektriklarda, jumladan teflonda, ular muayyan atomlarga mustahkam bog‘langan.

O‘tkazgichning ko‘ndalang kesimi kichrayganda undagi elektronlar oqimining zichligi ortadi. Bu elektronlarning modda zarrachalari bilan o‘zaro taʼsirini kuchaytiradi va o‘tkazgichdan elektr toki o‘tishini qiyinlashtiradi.

O‘zgaruvchan tok zanjirlaridagi o‘ziga xosliklar

Aynan o‘zgaruvchan tok zanjirlarida o‘tkazgichning elektr qarshiligi o‘zgarmas tokdagidan yuqoriroq bo‘lishi mumkin. Bunga qo‘shimcha hodisalar sabab bo‘ladi:

  • Skin-effekt (sirt effekti): Yuqori chastotalarda elektr toki o‘tkazgichning sirtiga siqib chiqariladi. Natijada tok o‘tadigan samarali ko‘ndalang kesim kichrayadi va qarshilik ortadi.
  • Yaqinlik effekti: O‘zgaruvchan tok o‘tayotgan bir nechta o‘tkazgich bir-biriga yaqin joylashsa, ularning elektromagnit maydonlari o‘zaro taʼsirlashadi. Bu ham tok zichligining qayta taqsimlanishiga va qarshilikning ortishiga olib keladi.

Ayniqsa Sanoat chastotalarida va katta toklar mavjud bo‘lganda (masalan, shinali tok o‘tkazgichlarda podstansiyalardagi) bu hodisalar sezilarli bo‘lishi mumkin.

Tashqi sharoitlarga bog‘liqligi

Haroratga bog‘liqligi

Ko‘pchilik o‘tkazgichlarning solishtirma qarshiligi haroratga qarab o‘zgaradi.

  • Metallar: Xona haroratida metallarning qarshiligi odatda harorat oshishi bilan ortadi (bunga elektronlar sochiladigan kristall panjaraning issiqlik tebranishlari kuchayishi sabab bo‘ladi).
  • Yarimo‘tkazgichlar: Harorat oshganda qarshilik odatda kamayadi (chunki erkin elektronlar soni ortadi).

Cheklangan harorat oralig‘ida metallning R qarshiligi bilan harorat T o‘rtasidagi bog‘liqlikni taxminan chiziqli formula orqali ifodalash mumkin:

R(T)=R0[1+α(T−T0)],

bu yerda:

Koeffitsiyent α tanlangan metallga bog‘liq bo‘lib, odatda 3⋅10−3 dan 6⋅10−3 K−1. Yarimo‘tkazgichlar va dielektriklar uchun koeffitsiyent α odatda manfiy bo‘ladi va uning qiymati turli materiallarda juda katta farq qiladi.

Ushbu bog‘liqlik qarshilik termometrlari va termorezistorlar ishining asosini tashkil etadi.

Deformatsiyaga bog‘liqligi

O‘tkazgichning qarshiligi uning mexanik deformatsiyalanishi natijasida o‘zgaradi. O‘tkazgich cho‘zilganda (yaʼni mexanik kuchlanish taʼsirida bo‘lganda) uning uzunligi ortadi, ko‘ndalang kesim yuzasi esa kamayadi. Bu ikki omil elektr qarshiligining ortishiga olib keladi. Siqilganda esa, aksincha, qarshilik kamayadi.

Ushbu hodisa tenzorezistorlar ishlashining asosi bo‘lib, ular deformatsiya, og‘irlik va bosimni o‘lchashda qo‘llanadi.

Yoritilganlikka bog‘liqligi

Ayrim materiallar, ayniqsa yarimo‘tkazgichlar, fotoo‘tkazuvchanlik xususiyatini namoyon qiladi: ularga yorug‘lik tushganda qarshiligi o‘zgaradi. Ushbu hodisadan foydalanuvchi qismlar fotorezistorlar deb ataladi va ko‘pincha yorug‘likka sezgir asboblarda ishlatiladi. Qorong‘ida ularning qarshiligi yuqori bo‘lishi mumkin, yoritilganda esa fotonlar qo‘shimcha zaryad tashuvchilar hosil qilishi tufayli keskin kamayadi.

O‘ta o‘tkazuvchanlik

Shunday materiallar borki, ular o‘ta o‘tkazgichlar deb ataladi va maʼlum kritik haroratdan pastga sovitilganda elektr qarshiligini butunlay yo‘qotadi R=0. Bunday holatda elektr toki yopiq konturda quvvat manbaisiz va issiqlik ajralmasdan cheksiz uzoq vaqt aylanishi mumkin. Bu hodisa tomograflar (MRT) va zarrachalar tezlatkichlarining magnitlarida qo‘llanadi..

Tokning issiqlik taʼsiri

Elektr toki o‘tishi natijasida cho‘g‘lanish darajasigacha qizigan o‘tkazgich.

O‘tkazgich elektr toki o‘tishiga qarshilik ko‘rsatgani sababli, tokni saqlab turish uchun elektr maydonining energiyasi sarflanadi. Bu energiya o‘tkazgich ichida tarqalib, issiqlikka aylanadi.

Issiqlik ko‘rinishida ajraladigan quvvat P quyidagi formula bilan hisoblanadi (Joul–Lens qonuni):

P=I2R,

bu yerda: I — tok kuchi, R — qarshilik.

Statik va dinamik qarshilik

Nochiziqli zanjir elementining volt-amper tavsifi (I — tok kuchi, V — kuchlanish). Statik qarshilikning A nuqtadagi qiymati — teskari burchak koeffitsiyentiga (to‘g‘ri chiziq B koordinatalar boshidan o‘tkazilgan) teng. Differensial qarshilikning A nuqtadagi qiymatiteskari burchak koeffitsiyentiga teng bo‘lib, u urinma C ga tegishli.

Ko‘plab elementlar, masalan, diodlar va tok manbalari, Om qonuniga oddiy shaklda bo‘ysunmaydi. Ularning volt-amper tavsifi (VAT) koordinatalar boshidan o‘tuvchi to‘g‘ri chiziq emas (rasmga qarang). Bunday nochiziqli elementlar uchun qarshilikning ikki tushunchasi kiritiladi:

  1. Statik qarshilik: Rstat=UI. Volt-amper tavsifi grafigida koordinatalar boshidan belgilangan nuqtagacha o‘tkazilgan kesuvchi chiziq (vatar) qiyaligiga mos keladi. Elementda tarqaladigan quvvatni belgilaydi.
  2. Differensial qarshilik (dinamik qarshilik): Rdiff=dUdI. Bu kuchlanishning tok kuchiga nisbatan hosilasi bo‘lib, VAT egri chizig‘ining shu nuqtasidagi urinma qiyaligiga mos keladi. Bu kattalik kichik signallarni hisoblashda muhim. Manfiy differensial qarshilikka ega elementlar (masalan, tunnel diodlar) ham mavjud bo‘lib, ularda VATning maʼlum qismida kuchlanish ortishi tok kuchining kamayishiga olib keladi. Bu xususiyat signallarni hosil qilish va kuchaytirishda qo‘llanadi.

Inson tanasining qarshiligi

  • Elektr kuchlanishi taʼsiriga tushgan inson tanasidan o‘tadigan xavfli tok kuchini hisoblashda, kuchlanish chastotasi 50 gers (Gs) bo‘lsa, tana qarshiligi shartli ravishda 1 kOm deb olinadi. Bu qiymat inson tanasining haqiqiy qarshiligiga uncha mos kelmaydi. Aslida, inson tanasining qarshiligi keng oraliqda o‘zgarishi mumkin: u tokning o‘tish yo‘li, kontakt yuzasi va sifatiga bog‘liq hamda reaktiv tarkibiy qismga ega.
  • Inson to‘qimalarining jiddiy shikastlanishi odatda taxminan 100 mA tok o‘tganda kuzatiladi. 1 mA gacha bo‘lgan tok butunlay xavfsiz deb hisoblanadi. Inson tanasining solishtirma qarshiligi terining holatiga bog‘liq. Quruq terining solishtirma qarshiligi taxminan 10 000 Om·m bo‘lib, xavfli tok faqat sezilarli kuchlanishda yuzaga kelishi mumkin. Ammo namlik bo‘lganda inson tanasining qarshiligi keskin kamayadi va faqat 12 V dan past kuchlanishni xavfsiz deb hisoblash mumkin. Qonning solishtirma qarshiligi 1 Om·m, 50 Gs chastotada.

Qarshilikni o‘lchash

Qarshilikni o‘lchash asboblari — ommetr, o‘lchov ko‘prigi yoki ampermetr va voltmetr.

  • Oddiy o‘lchash uchun ikki kontaktli sxema.
  • Kichik qarshiliklarni aniq o‘lchash uchun to‘rt kontaktli sxema qo‘llanadi. Bu usul o‘lchov simlari va kontaktlar qarshiligining taʼsirini bartaraf etadi, chunki ularning qarshiligi o‘lchanayotgan kattalikka tenglashib qolishi mumkin. Bu sxemada tok bir juft sim orqali beriladi, kuchlanishning pasayishi esa deyarli tok o‘tmaydigan boshqa juft sim orqali o‘lchanadi.

Elektr qarshiligi birligining davlat birlamchi etaloni (GET 14-91) D. I. Mendeleyev nomidagi Butunrossiya metrologiya ilmiy-tadqiqot institutida saqlanadi. Qarshilik takror hosil qilinadi qarshiliklar magazini (yaʼni rezistorlar to‘plami) va elektr qarshiligi g‘altaklari yordamida.

Elektr o‘tkazuvchanlik

Elektr qarshiligiga teskari kattalik elektr o‘tkazuvchanlik G, deb ataladi; uning SI tizimidagi o‘lchov birligi simens (Sm; S):

G=1R=IU.

Elektr o‘tkazuvchanlik muhitning (jismning) elektr tokini o‘tkazish qobiliyatini tavsiflaydi.

Qarshilik kabi o‘tkazgichning elektr o‘tkazuvchanligi ham materialning solishtirma elektr o‘tkazuvchanligi σ (Sm/m) orqali aniqlanadi; bu kattalik solishtirma qarshilikka teskari kattalikdir: σ=1ρ.

G=σSl.

Adabiyotlar

  • Gerasimov V. G., Kuznetsov E. V., Nikolayeva O. V. Elektrotexnika va elektronika. 1-kitob. Elektr va magnit zanjirlar. — M.: Energoatomizdat, 1996. — 288 b. — ISBN 5-283-05005-X.

Havolalar