Резистивные элементы
В резистивных элементах (резисторах) электрическая энергия необратимо преобразуется в другие виды энергии. Примеры резистивных элементов: лампы накаливания (электрическая энергия необратимо преобразуется в световую и тепловую энергии), нагревательные элементы (электрическая энергия необратимо преобразуется в тепловую), электродвигатели (электрическая энергия необратимо преобразуется в механическую и тепловую энергии) и др.
Основной характеристикой резистивного элемента является его вольт-амперная характеристика (ВАХ).
U = f(I), (1.1)
где U – напряжение, В;
I – сила тока, А.
Если эта зависимость линейная, то резистивный элемент называется линейным и выражение (1.1) имеет вид, известный как закон Ома:
U = RI,(1.2)
где R – сопротивление резистора, Ом.
Однако во многих случаях ВАХ резисторов является нелинейной. Для многих резисторов (нагревательные спирали, реостаты и др.) нелинейность ВАХ объясняется тем, что эти элементы – металлические проводники и электрический ток в них есть ток проводимости (направленное движение – «дрейф» свободных электронов).
Дрейфу электронов препятствуют (оказывают сопротивление) колеблющиеся атомы, амплитуда колебаний которых определяется температурой проводника (температура – мера кинетической энергии атомов).
При протекании тока свободные электроны сталкиваются с атомами и еще более раскачивают их. Следовательно, температура проводника возрастает, отчего увеличивается и его сопротивление R. Таким образом, сопротивление R зависит от тока R = f(I) и ВАХ нелинейна (рис. 1.1).
При изменении температуры в небольших пределах сопротивление проводника выражается формулой
, (1.3)
где R0, R– сопротивления проводников при температуре Т0, Т, Ом;
Т0 – начальная температура проводника, К;
Т – конечная температура проводника, К;
– температурный коэффициент сопротивления.
Рис. 1.1. Общий вид ВАХ металлического (а), полупроводникового (б), и константанового (в) резистивных элементов
У большинства чистых металлов , что означает, что с повышением температуры сопротивление металлов увеличивается.
У электролитов, изделий из графита и полупроводников а < 0 (табл. 1.1).
Таблица 1.1 Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления некоторых материалов
Наименование материала | Удельное сопротивление при 20 оС, мкОм м | Температурный коэффициент сопротивления, 1/К |
Медь | 0,0172–0,0182 | 0,0041 |
Алюминий | 0,0295 | 0,0040 |
Сталь | 0,125–0,146 | 0,0057 |
Вольфрам | 0,0508 | 0,0048 |
Уголь | 10–60 | –0,005 |
Манганин (Cu–80%, Mn–12%, Ni–3%) | 0,4–0,52 | 3·10-5 |
Константан | 0,44 | 5·10-5 |
Нихром (Cr–20%, Ni–80%) | 1,02–1,12 | 0,0001 |
Полупроводники (Si, Ge) | 1,0–14 | -(0,2-0,8) |
В таблице 1.2 приведены условные графические обозначения резистивных элементов.
Таблица 1.2 Условные обозначения резисторов
Наименование | Обозначение |
Резистор постоянный (линейная ВАХ) Резистор переменный: общее обозначение с разрывом цепи без разрыва цепи Резистор нелинейный (нелинейная ВАХ) |
Для характеристики проводящих свойств различных материалов существует понятие объемного удельного электрического сопротивления. Объемное удельное электрическое сопротивление ρ данного материала равно сопротивлению между гранями куба с ребром 1 м в соответствии с формулой
(1.4)
где S – площадь поперечного сечения проводника, м2;
l – длина проводника, м.
Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 889;