Что такое сопротивление

Что такое сопротивление

Сопротивление (электрическое сопротивление) – это свойство какого-либо проводника оказывать сопротивление электрическому току, проходящему через него. Вот так все просто!

Давайте проведем аналогию с гидравликой. В нашем случае получается, что проводник электрического тока – это шланг или труба. Теперь давайте подумаем, какой из предметов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды: садовый шланг или нефтяная труба?

Понятное дело, что садовый шланг, так как его диаметр в разы меньше, чем диаметр нефтяной трубы.

Тогда другой вопрос. Какой шланг будет обладать бОльшим сопротивлением потоку воды с учетом того, что их длины и диаметры равны?

Разумеется, гофрированный. Вода будет “цепляться” за его стенки, что приведет к тому, что они будут мешать потоку воды.

Тогда еще вот такая задачка. Есть два абсолютно одинаковых шланга, но один длиннее, а другой короче. Какой из шлангов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды?

Думаю тот, который длиннее. Ответ очевиден.

Особенности активного сопротивления

Активное сопротивление — это единица, показывающая R на участке в электрической цепи, на котором электрическая энергия переходит в тепловую, механическую или любую другую энергию. Из-за того что переменный тоκ проходит неравномерно, R переменного и постоянного тока будет различаться при их равных параметрах. Это правило действует на электрокабели и электролинии. Но для электрокабелей из цветных металлов с частотой переменного напряжения 50 Герц это правило практически неприменимо, так как в этом случае активное R всегда одинаково при любом токе.

Стальные электропровода имеют лучшее активное R в сравнении с цветными металлами.

Индуктивное сопротивление

Созданное в ходе передачи энергии переменное магнитное поле становится источником реактивного сопротивления подобного вида. Индуктивный вариант в основном зависит от характеристик проходящего тока, диаметра и расстояния между проводами.

Само сопротивление обычно классифицируют следующим образом:

  • зависящее от параметров тока и материала — внутреннее;
  • обусловленное геометрическими особенностями линии — внешнее. В этом случае данный показатель будет постоянной величиной, не зависящей от каких-либо других факторов.

Заводы по производству кабельной продукции всегда указывают в своих каталогах информацию об индуктивном сопротивлении.

Данный параметр обычно определяется следующим выражением:

в котором индуктивный показатель для 1 км провода – , а L – протяженность.

Х километрового участка рассчитывается по следующей формуле:

Где: Dср – расстояние среднее по центральной оси имеющихся проводов, мм; d – диаметр рабочего токопроводника, мм; μт –относительная магнитная проницаемость.

Удельное сопротивление

Как узнать сопротивление материала, если по нему не течет ток и у нас нет омметра? Для это существует специальная величина —удельное электрическое сопротивление материало в

(это табличные значения, которые определены опытным путем для большинства металлов). С помощью этого значения и физических величин материала, мы можем вычислить сопротивление по формуле:

где,p— удельное сопротивление (единицы измерения ом*м/мм 2 );

Нагревание сопротивлений является следствием того, что по ним протекает ток; при этом в сопротивлении происходит потеря мощности, которая и выражается в нагревании сопротивления.

В каждом сопротивлении можно расходовать определённую мощность. Превышение этой мощности может вызвать сильное нагревание сопротивления и даже его порчу.

Применяющиеся в приёмниках коксовые (химические) сопротивления обычно рассчитаны на мощность 0,5 W. Для того, чтобы узнать, какой силы ток можно пропустить без вреда через данное сопротивление, можно воспользоваться одной из следующих формул:

В этих формулах:

W — мощность в ваттах, I — сила тока в амперах, U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах.

В тех случаях, когда известна сила тока, протекающего по сопротивлению, надо пользоваться первой формулой, величину сопротивления надо умножить на квадрат силы тока, протекающего через это сопротивление.

Для того, чтобы определить величину W по второй формуле, надо напряжение, которое подведено к концам сопротивления, помножить на силу тока, протекающего через него.

В цепях приёмника обычно нагреваются те сопротивления, по которым протекает постоянный ток. К таким сопротивлениям относятся нагрузочные и развязывающие сопротивления в анодных цепях, сопротивления, задающие отрицательное смещение на сетки, сопротивления потенциометров, с которых снимается положительное напряжение на экранные сетки.

Все другие сопротивления приёмников не должны нагреваться. Их нагревание указывает на то, что где-то в приёмнике имеется неисправность.

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 [5] . 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 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 [6] .

Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

Читайте также  1 закон кирхгофа формула

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, равно активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Листовое сопротивление применимо к двумерным системам, в которых тонкие пленки считаются двумерными объектами. Когда используется термин «сопротивление листа», подразумевается, что ток проходит вдоль плоскости листа, а не перпендикулярно к нему.

В обычном трехмерном проводнике сопротивление можно записать как

р знак равно ρ L А знак равно ρ L W т , < Displaystyle R = rho < frac > = rho < frac >,>

где — удельное сопротивление , — площадь поперечного сечения, — длина. Площадь поперечного сечения можно разделить на ширину и толщину листа . ρ < displaystyle rho> А < displaystyle A> L < displaystyle L> W < displaystyle W> т < displaystyle t>

После объединения удельного сопротивления с толщиной сопротивление можно записать как

р знак равно ρ т L W знак равно р s L W , < displaystyle R = < frac < rho>> < frac > = R _ < text > < frac >,>

где — сопротивление листа. Если толщина пленки известна, объемное удельное сопротивление (в Ом · см) можно рассчитать, умножив сопротивление листа на толщину пленки в см: р s < displaystyle R _ < text >> ρ < displaystyle rho>

ρ знак равно р s ⋅ т . < displaystyle rho = R_ cdot t.>

Единицы

Сопротивление листа — это особый случай удельного сопротивления для равномерной толщины листа. Обычно удельное сопротивление (также известное как объемное сопротивление, удельное электрическое сопротивление или объемное сопротивление) выражается в единицах Ом · м, что более полно выражается в единицах Ом · м 2 / м (Ом · площадь / длина). При делении на толщину листа (м) единицы измерения равны Ом · м · (м / м) / м = Ом. Термин «(м / м)» отменяет, но представляет собой особую «квадратную» ситуацию, дающую ответ в омах . Альтернативная общепринятая единица измерения — «Ом квадрат» (обозначается « ») или «Ом на квадрат» (обозначается «Ом / квадрат» или « »), который по размерам равен ому, но используется исключительно для измерения сопротивления листа. Это является преимуществом, поскольку сопротивление листа 1 Ом может быть вырвано из контекста и неверно истолковано как объемное сопротивление 1 Ом, тогда как сопротивление листа 1 Ом / кв, таким образом, не может быть неверно истолковано. Ω ◻ < displaystyle Omega Box> Ω / ◻ < displaystyle Omega / Box>

Причина названия «Ом на квадрат» заключается в том, что квадратный лист с сопротивлением 10 Ом / квадрат имеет фактическое сопротивление 10 Ом, независимо от размера квадрата. (Для квадрата, так .) Единицу можно условно представить как «Ом · соотношение сторон ». Пример: лист размером 3 единицы на 1 единицу шириной (соотношение сторон = 3), сделанный из материала, имеющего сопротивление листа 21 Ом / квадрат, будет иметь размер 63 Ом (так как он состоит из трех квадратов размером 1 на 1 единицу). ), если бы края с 1 единицей были прикреплены к омметру, который полностью контактировал по каждому краю. L знак равно W < Displaystyle L = W> р s знак равно р < Displaystyle R _ < text > = R>

Читайте также  Температура плавления канифоли

Для полупроводников

Для полупроводников, легированных посредством диффузии или поверхностной ионной имплантации, мы определяем сопротивление листа, используя среднее удельное сопротивление материала: ρ ¯ знак равно 1 / σ ¯ < Displaystyle < overline < rho>> = 1 / < overline < sigma>>>

р s знак равно ρ ¯ / Икс j знак равно ( σ ¯ Икс j ) — 1 знак равно 1 ∫ 0 Икс j σ ( Икс ) d Икс , < displaystyle R _ < text > = < overline < rho>> / x _ < text > = (< overline < sigma>> x _ < text >) ^ < -1>= < frac <1> < int _ <0>^ >> sigma (x) , dx>>,>

который в материалах со свойствами основных носителей заряда может быть аппроксимирован (без учета собственных носителей заряда):

р s знак равно 1 ∫ 0 Икс j μ q N ( Икс ) d Икс , < displaystyle R _ < text > = < frac <1> < int _ <0>^ >> mu qN (x) , dx>>,>

где — глубина перехода, — подвижность основных носителей заряда, — заряд носителей и — чистая концентрация примесей по глубине. Зная концентрацию носителей фона и концентрацию примесей поверхности, лист резистивного переход глубины продукт может быть найден с помощью кривых Ирвина, которые являются численными решениями приведенного выше уравнение. Икс j < displaystyle x _ < text >> μ < displaystyle mu> q < displaystyle q> N ( Икс ) < Displaystyle N (х)> N B < displaystyle N _ < text >> р s Икс j < displaystyle R _ < text > x _ < text >>

Виды резисторов

Виды резисторов можно разбить на следующие категории:

  1. Нерегулируемые (постоянные) — проволочные, композитные, пленочные, угольные и др.
  2. Регулируемые (переменные и подстроечные). Подстроечные резисторы предназначены для настройки электрических цепей. Элементы с переменным сопротивлением (потенциометры) применяются для регулировки уровней сигнала.

Отдельную группу представляют полупроводниковые резистивные элементы (терморезисторы, фоторезисторы, варисторы и пр.)

Характеристики резисторов определяются их назначением и задаются при изготовлении. Среди ключевых параметров:

  1. Номинальное сопротивление. Это главная характеристика элемента, измеряется в омах (Ом, кОм, МОм).
  2. Допустимое отклонение в процентах от указанного номинального сопротивления. Означает возможный разброс показателя, определяемый технологией изготовления.
  3. Рассеиваемая мощность — предельная мощность, которую резистор может рассеивать при долговременной нагрузке.
  4. Температурный коэффициент сопротивления — величина, показывающая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1°С.
  5. Предельное рабочее напряжение (электрическая прочность). Это максимальное напряжение, при котором деталь сохраняет заявленные параметры.
  6. Шумовая характеристика — степень вносимых резистором искажений в сигнал.
  7. Влагостойкость и термостойкость — максимальные значения влажности и температуры, превышение которых может привести к выходу детали из строя.
  8. Коэффициент напряжения. Величина, учитывающая зависимость сопротивления от приложенного напряжения.

Применение резисторов в области сверхвысоких частот придает важность дополнительным характеристикам: паразитной емкости и индуктивности.

Как использовать на практике

Существует множество различных типов резисторов, которые можно использовать как в электрических, так и в электронных цепях для управления током или для падения напряжения различными способами. Но для того, чтобы сделать это, реальный резистор должен иметь некоторую форму «резистивного» или «резистивного» значения. Резисторы доступны в диапазоне различных значений сопротивления от долей Ом ( Ом ) до миллионов Ом.

Очевидно, что было бы нецелесообразно иметь в наличии резисторов каждого возможного значения , например, 1 Ом , 2 Ом , 3Ω , 4Ω и т.д., потому что буквально десятки сотен тысяч, если не десятки миллионов различных резисторов должны существовать , чтобы покрыть все возможные значения. Вместо этого резисторы изготавливаются в так называемых «предпочтительных значениях», а их значения сопротивления печатаются на корпусе цветными чернилами.

Значение сопротивления, допуск и номинальная мощность обычно печатаются на корпусе резистора в виде цифр или букв, когда корпус резистора достаточно большой, чтобы считывать отпечаток, например, большие силовые резисторы. Но когда резистор маленький, такой как углеродный или пленочный тип на 1/4 Вт, эти характеристики должны быть показаны другим способом, так как отпечаток будет слишком маленьким для чтения. Подача большого напряжения нагреет краску и расплавит надписи.

Таким образом, чтобы преодолеть это, маленькие резисторы используют цветные окрашенные полосы, чтобы указать как их значение сопротивления, так и их допуск с физическим размером резистора, указывающим его номинальную мощность. Эти цветные окрашенные полосы производят систему идентификации, обычно известную как цветовой код резисторов.