Ом - Ohm

Эта статья посвящена производной единице СИ. Для использования в других целях см. Ом (значения).
Ом
Стандартное сопротивление 1 Ом в компаниях Leeds и Northrup.jpg
Лабораторный стандартный резистор сопротивлением 1 Ом, около 1917 года.
Главная Информация
Система единицПроизводная единица СИ
ЕдиницаЭлектрическое сопротивление
СимволΩ
Названный в честьГеорг Ом
В Базовые единицы СИ:кг ⋅м2⋅s−3⋅А−2

В ом (символ: Ω ) это Производная единица СИ из электрическое сопротивление, названный в честь немецкого физика Георг Ом. Различные стандартные единицы электрического сопротивления, полученные эмпирическим путем, были разработаны в связи с ранней практикой телеграфии, и Британская ассоциация развития науки предложил единицу, производную от существующих единиц массы, длины и времени, и в удобной шкале для практической работы еще в 1861 году. С 2020 года определение ом выражается в терминах квантовый эффект холла.

Определение

Одна из функций многих типов мультиметры измерение сопротивления в Ом.

Ом определяется как электрическое сопротивление между двумя точками проводника при постоянной разности потенциалов, равной единице. вольт, приложенный к этим точкам, вызывает в проводнике ток величиной ампер, дирижер не является местом электродвижущая сила.[1]

в котором появляются следующие единицы: вольт (V), ампер (А), Сименс (S), ватт (Вт), второй (s), фарад (F), Генри (ЧАС), джоуль (J), кулон (С), килограмм (кг), и метр (м).

После 2019 новое определение базовых единиц СИ, в котором ампер и килограмм были переопределены с точки зрения фундаментальные константы, на сопротивление влияет очень маленький масштаб измерения.

Во многих случаях сопротивление проводника приблизительно постоянно в определенном диапазоне напряжений, температур и других параметров. Они называются линейный резисторы. В других случаях сопротивление меняется, например, в случае термистор, который демонстрирует сильную зависимость его сопротивления от температуры.

Гласная в единицах килоом и мегаом с префиксом обычно опускается, что дает килом и мегаом.[2][3]

В цепях переменного тока, электрический импеданс также измеряется в омах.

Конверсии

В Сименс (символ: S) - это Производная единица СИ из электрическая проводимость и допуск, также известный как Мхо (ом написано наоборот, символ ℧); это взаимный сопротивления в Ом (Ом).

Мощность как функция сопротивления

Мощность, рассеиваемая резистор можно рассчитать по его сопротивлению, а также по напряжению или току. Формула представляет собой комбинацию Закон Ома и Закон Джоуля:

где:

п это сила
р это сопротивление
V это Напряжение через резистор
я это ток через резистор

Линейный резистор имеет постоянное значение сопротивления для всех приложенных напряжений или токов; многие практические резисторы линейны в полезном диапазоне токов. Нелинейные резисторы имеют номинал, который может изменяться в зависимости от приложенного напряжения (или тока). куда переменный ток применяется к цепи (или где значение сопротивления является функцией времени), указанное выше соотношение верно в любой момент, но для расчета средней мощности за интервал времени требуется интеграция «мгновенной» мощности на этом интервале.

Поскольку ом принадлежит связная система единиц, когда каждой из этих величин соответствует соответствующая единица СИ (ватт для п, ом для р, вольт для V и ампер для я, которые связаны как в § Определение, эта формула остается действительной численно, когда эти единицы используются (и считаются отмененными или опущенными).

История

Быстрый рост электротехнологии во второй половине XIX века создал потребность в рациональной, последовательной, последовательной и международной системе единиц для электрических величин. Телеграфистам и другим первым пользователям электричества в XIX веке требовалась практическая стандартная единица измерения сопротивления. Сопротивление часто выражалось как кратное сопротивление стандартной длины телеграфных проводов; разные агентства использовали разные основы для стандарта, поэтому единицы не были взаимозаменяемыми. Определенные таким образом электрические единицы не были согласованной системой с единицами измерения энергии, массы, длины и времени, что требовало использования коэффициентов преобразования в расчетах, связывающих энергию или мощность с сопротивлением.[4]

Можно выбрать два разных метода создания системы электрических блоков. Различные артефакты, такие как длина провода или стандарт электрохимический ячейку, можно указать как производящую определенные величины для сопротивления, напряжения и так далее. В качестве альтернативы электрические блоки могут быть связаны с механическими блоками, определяя, например, единицу тока, которая дает заданную силу между двумя проводами, или единицу заряда, которая дает единицу силы между двумя единичными зарядами. Этот последний метод обеспечивает согласованность с единицами энергии. Определение единицы для сопротивления, которая согласуется с действующими единицами энергии и времени, также требует определения единиц для потенциала и тока. Желательно, чтобы одна единица электрического потенциала заставляла одну единицу электрического тока проходить через одну единицу электрического сопротивления, выполняя одну единицу работы за одну единицу времени, в противном случае для всех электрических расчетов потребуются коэффициенты преобразования.

Поскольку так называемые «абсолютные» единицы заряда и тока выражаются как комбинации единиц массы, длины и времени, размерный анализ соотношений между потенциалом, током и сопротивлением показывают, что сопротивление выражается в единицах длины за время - скорости. Некоторые ранние определения единицы сопротивления, например, определяли единицу сопротивления как один квадрант Земли в секунду.

Система абсолютных единиц связывает магнитные и электростатические величины с метрическими базовыми единицами массы, времени и длины. Эти устройства имели большое преимущество, заключающееся в упрощении уравнений, используемых при решении электромагнитных проблем, и устранении коэффициентов преобразования при расчетах электрических величин. Однако единицы измерения сантиметр-грамм-секунда, СГС, оказались непрактичными для практических измерений.

В качестве определения единицы сопротивления были предложены различные стандарты артефактов. В 1860 г. Вернер Сименс (1816–1892) опубликовал предложение о воспроизводимом стандарте сопротивления в Поггендорфс Annalen der Physik und Chemie.[5] Он предложил столб из чистой ртути с поперечным сечением один квадратный миллиметр и длиной один метр: Установка ртути Siemens. Однако этот блок не был согласован с другими блоками. Одно из предложений состояло в том, чтобы разработать блок на основе ртутного столбика, который был бы когерентным - по сути, регулируя длину, чтобы сделать сопротивление равным 1 Ом. Не у всех пользователей юнитов были ресурсы для выполнения метрология эксперименты с необходимой точностью, поэтому потребовались рабочие стандарты, теоретически основанные на физическом определении.

В 1861 г. Латимер Кларк (1822–1898) и Сэр Чарльз Брайт (1832–1888) представил доклад на Британская ассоциация развития науки встреча [6] предлагая установить стандарты для электрических единиц и предлагая названия для этих единиц, полученные от выдающихся философов, «Ома», «Фарад» и «Вольт». В BAAS в 1861 г. назначил комитет в составе Максвелл и Томсон сообщать о нормах электрического сопротивления.[7] Их цель состояла в том, чтобы разработать единицу удобного размера, часть полной системы электрических измерений, согласованную с единицами измерения энергии, стабильную, воспроизводимую и основанную на французской метрической системе.[8] В третьем отчете комитета за 1864 год единица сопротивления упоминается как «единица Б.А., или Омад».[9] К 1867 году эта единица называлась просто ом.[10]

Ба. Ом должен был быть 109 Единицы CGS, но из-за ошибки в расчетах определение оказалось на 1,3% меньше. Ошибка была существенной при составлении рабочих эталонов.

21 сентября 1881 г. Международный конгресс электриков (международная конференция электриков) определила практичный единица измерения сопротивления, основанная на CGS ед., используя ртутный столбик 1 кв. мм. в поперечном сечении примерно 104,9 см в длину при 0 ° C,[11] аналогично аппарату, предложенному Сименсом.

А законный Ом, воспроизводимый стандарт, был определен на международной конференции электриков в Париже в 1884 году.[нужна цитата ] как сопротивление столба ртути заданного веса и длиной 106 см; это было компромиссное значение между единицей B.A. (эквивалент 104,7 см), единицей Siemens (100 см по определению) и единицей CGS. Хотя этот стандарт называется «юридическим», он не был принят никаким национальным законодательством. "Интернациональный" ом был рекомендован единогласной резолюцией на Международный электротехнический конгресс 1893 год в Чикаго.[12] Единица была основана на сопротивлении 10 Ом.9 единицы сопротивления C.G.S. система электромагнитных блоков. Международный ом представлен сопротивлением неизменяющемуся электрическому току в столбике ртути с постоянной площадью поперечного сечения 106,3 см длиной, массой 14,4521 грамма и температурой 0 ° C. Это определение стало основой для юридического определения ома в нескольких странах. В 1908 году это определение было принято научными представителями нескольких стран на Международной конференции по электрическим единицам и стандартам в Лондоне.[12] Стандарт ртутной колонки поддерживался до 1948 г. Генеральная конференция по мерам и весам, при котором ом был переопределен в абсолютном выражении, а не в качестве стандарта артефактов.

К концу 19 века единицы были хорошо понятны и согласованы. Определения изменятся с небольшим влиянием на коммерческое использование единиц. Достижения в метрологии позволили формулировать определения с высокой степенью точности и повторяемости.

Исторические единицы сопротивления

Единица измерения[13]ОпределениеЦенность в B.A. ОмЗамечания
Абсолютный фут в секунду × 107с использованием британских единиц0.3048считался устаревшим даже в 1884 году
Блок Томсонас использованием британских единиц0.3202100 миллионов футов в секунду, считалось устаревшим даже в 1884 году
Медный блок ЯкобиУказанный медный провод длиной 25 футов и весом 345 гран.0.6367Используется в 1850-х годах
Абсолютная единица Вебера × 107На основании счетчика и второго0.9191
Установка ртути Siemens1860. Столб чистой ртути.0.9537100 см и 1 мм2 поперечное сечение при 0 ° C
Британская ассоциация (BA) "ом"18631.000Стандартные катушки депонированы в обсерватории Кью в 1863 г.[14]
Digney, Breguet, швейцарский9.266–10.420Металлический провод длиной 1 км и сечением 4 мм2.
Маттиссен13.59Одна миля чистой отожженной медной проволоки диаметром 1/16 дюйма при температуре 15,5 ° C
Варлей25.61Одна миля специальной медной проволоки диаметром 1/16 дюйма
Немецкая миля57.44Немецкая миля (8 238 ярдов) железной проволоки диаметром 1/6 дюйма
Abohm10−9Электромагнитная абсолютная единица измерения сантиметр – грамм – секунда.
Statohm8.987551787 × 1011Электростатическая абсолютная единица измерения в сантиметрах – граммах – секундах.

Реализация стандартов

Метод ртутной колонки для получения физического стандартного сопротивления оказался трудновоспроизводимым из-за эффектов непостоянного поперечного сечения стеклянной трубки. Британская ассоциация и другие разработали различные катушки сопротивления, которые служат эталонами физических артефактов для единиц сопротивления. Долгосрочная стабильность и воспроизводимость этих артефактов были постоянной областью исследований, так как было обнаружено и проанализировано влияние температуры, атмосферного давления, влажности и времени на стандарты.

Стандарты артефактов все еще используются, но метрология эксперименты, связанные с точно подобранными катушками индуктивности и конденсаторами, предоставили более фундаментальную основу для определения сопротивления. С 1990 г. квантовый эффект холла используется для определения сопротивления с высокой точностью и повторяемостью. Квантовые эксперименты Холла используются для проверки стабильности рабочих эталонов, имеющих удобные значения для сравнения.[15]

После 2019 новое определение базовых единиц СИ, в которой ампер и килограмм были переопределены с точки зрения фундаментальные константы, ом теперь также определяется в терминах этих констант.

Символ

Символ Ω был предложен из-за схожего звучания ом и омега. Уильям Генри Прис в 1867 г.[16] В документах, напечатанных до Второй мировой войны, символ единицы часто состоял из поднятого строчного омега (ω), так что 56 Ом было записано как 56ω.

Исторически некоторые приложения для редактирования документов использовали Символ гарнитуры для отображения символа Ω.[17] Если шрифт не поддерживается, вместо него отображается буква W (например, «10 Вт» вместо «10 Ом»). Поскольку W представляет ватт, единица СИ мощность, это может привести к путанице, поэтому предпочтительнее использовать правильный код Unicode.

Если набор символов ограничен ASCII, то IEEE 260.1 Стандарт рекомендует заменять символ ом для Ω.

В электронной промышленности принято использовать символ р вместо символа Ω, таким образом, резистор 10 Ω может быть представлен как 10R. Это британский стандарт BS 1852 код. Он используется во многих случаях, когда значение имеет десятичный разряд. Например, 5,6 Ом отображается как 5R6. Этот метод позволяет избежать упущения из виду десятичной точки, которая не может надежно отображаться на компонентах или при дублировании документов.

Unicode кодирует символ как U + 2126 Ω ЗНАК ОМ, в отличие от греческой омеги среди буквенные символы, но он включен только для обратной совместимости и греческого символа омега в верхнем регистре U + 03A9 Ω ГРЕЧЕСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА ОМЕГА (HTMLΩ · & ohm ;, & Omega;) является предпочтительным.[18] В DOS и Windows альтернативный код ALT 234 может отображать символ Ω. В Mac OS ⌥ Opt+Z делает то же самое.

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Брошюра BIPM SI: Приложение 1, стр. 144
  2. ^ В Руководство NIST по SI: 9.3 Правописание названий единиц с префиксом сообщает, что IEEE / ASTM SI 10-2002 Стандарт IEEE / ASTM для использования международной системы единиц (SI): современная метрическая система утверждает, что есть три случая, в которых последняя гласная приставки СИ обычно опускается: мегом, килом и гектар, но что во всех других случаях, когда название единицы начинается с гласной, как последней гласной префикса, так и гласная в названии единицы сохраняется, и обе произносятся.
  3. ^ Гордон Дж. Обрехт II, Огайо Энтони П. Френч, МАМАРИО ИОНА (2012). "О Международной системе единиц (СИ) Часть IV. Письмо, правописание и математика". Учитель физики. 50 (2): 77–79. Bibcode:2012PhTea..50 ... 77А. Дои:10.1119/1.3677278.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  4. ^ Хант, Брюс Дж (1994). «Там, где искусство: британские инженеры-телеграфисты и разработка электрических стандартов» (PDF). Осирис. 2-й. 9: 48–63. Дои:10.1086/368729. Архивировано из оригинал 8 марта 2014 г.. Получено 27 февраля 2014.
  5. ^ Вернер Сименс (1860), "Vorschlag eines reproducirbaren Widerstandsmaaßes", Annalen der Physik und Chemie (на немецком), 186 (5), стр. 1–20, Bibcode:1860АнП ... 186 .... 1С, Дои:10.1002 / andp.18601860502
  6. ^ Кларк, Латимер; Брайт, сэр Чарльз (9 ноября 1861 г.). «Измерение электрических величин и сопротивления». Электрик. 1 (1): 3–4. Получено 27 февраля 2014.
  7. ^ Отчет о тридцать первом заседании Британской ассоциации содействия развитию науки; состоялась в Манчестере в сентябре 1861 г.. Сентябрь 1861. С. xxxix – xl.
  8. ^ Уильямсон, профессор А.; Уитстон, профессор К.; Томсон, профессор В.; Миллер, профессор WH; Маттиссен, доктор А.; Дженкин, мистер Флиминг (Сентябрь 1862 г.). Предварительный отчет комитета, назначенного Британской ассоциацией стандартов электрического сопротивления. Тридцать вторая встреча Британской ассоциации содействия развитию науки. Лондон: Джон Мюррей. стр. 125–163. Получено 27 февраля 2014.
  9. ^ Уильямсон, профессор А.; Уитстон, профессор К.; Томсон, профессор В.; Миллер, профессор WH; Маттиссен, доктор А.; Дженкин, мистер Флиминг; Брайт, сэр Чарльз; Максвелл, профессор; Сименс, г-н CW; Стюарт, мистер Бальфур; Джоуль, доктор; Варлей, господин КФ (Сентябрь 1864 г.). Отчет комитета по стандартам электрического сопротивления. Тридцать четвертое совещание Британской ассоциации содействия развитию науки. Лондон: Джон Мюррей. п. Откидная сторона страницы 349. Получено 27 февраля 2014.
  10. ^ Уильямсон, профессор А.; Уитстон, профессор К.; Томсон, профессор В.; Миллер, профессор WH; Маттиссен, доктор А.; Дженкин, мистер Флиминг; Брайт, сэр Чарльз; Максвелл, профессор; Сименс, г-н CW; Стюарт, мистер Бальфур; Варлей, господин КФ; Фостер, профессор Г.К .; Кларк, мистер Латимер; Форбс, мистер Д .; Хокин, мистер Чарльз; Джоуль, доктор (Сентябрь 1867 г.). Отчет комитета по стандартам электрического сопротивления. Тридцать седьмое совещание Британской ассоциации содействия развитию науки. Лондон: Джон Мюррей. п. 488. Получено 27 февраля 2014.
  11. ^ «Система единиц измерения». Вики по истории инженерии и технологий. Получено 13 апреля 2018.
  12. ^ а б «Единицы, физические». Британская энциклопедия. 27 (11-е изд.). 1911. с. 742.
  13. ^ Гордон Уиган (пер. И ред.), Карманная книжка электрика, Кассель и компания, Лондон, 1884 г.
  14. ^ Исторические исследования в международном корпоративном бизнесе. Teich p34
  15. ^ Р. Джуйба и др., Устойчивость двухстенных резисторов Маганина. в Сборник специальных публикаций NIST SPIE, Институт, 1988, с. 63–64.
  16. ^ Прис, Уильям Генри (1867), «Блок электрических измерений Б.А.», Философский журнал, 33, п. 397, получено 26 февраля 2017
  17. ^ Например. рекомендуется в HTML 4.01: «Спецификация HTML 4.01». W3C. 1998. Раздел 24.1 «Введение в ссылки на символьные сущности».. Получено 22 ноября 2018.
  18. ^ Выдержки из Стандарт Unicode, версия 4.0, по состоянию на 11 октября 2006 г.

внешние ссылки