Резистивное сопротивление: Вопрос 7. Резистивное сопротивление и проводимость, их свойства, единицы измерения. Резистор и его условно графическое обозначение.

Вопрос 7. Резистивное сопротивление и проводимость, их свойства, единицы измерения. Резистор и его условно графическое обозначение.

Пассивными называются элементы, которые
ни при каких условиях не могут отдать
во внешнюю цепь энергию, большую той,
которая была подведена к данному
элементу. К ним относятся: резисторы,
конденсаторы и катушки индуктивности.

Электрическое сопротивление (резистор)— участок цепи, в котором происходит
процесс необратимого преобразования
электрической энергии в тепловую.

Резистор— элемент, который обладает
сопротивлением:

Проводимость— способность тела
проводить электрический ток.

Вопрос 8. Индуктивность, её свойства, единицы измерения.

Катушка индуктивности и ее условно графическое обозначение.

Индуктивность— способность тела
накапливать энергию магнитного поля.

— потокосцепление катушки

Элемент, который обладает индуктивностью,
называется катушкой индуктивности.

Индуктивность:

— магнитная постоянная

— относительная магнитная проницаемость

Энергия магнитного поля:

Вопрос 9. Ёмкость, её свойства, единицы измерения. Конденсатор и его условно графическое обозначение.

Электрическая ёмкость— способность
тела накапливать энергию электрического
поля.

Элемент, который обладает ёмкостью,
называется конденсатор. Это две
металлические пластины, разделённые
слоем диэлектрика.

Рассчитывается ёмкость плоского
конденсатора
:

— электрическая постоянная

— относительная диэлектрическая
проницаемость

Энергия электрического поля:

Вопрос 10. Активные
элементы электрических цепей: транзисторы,
операционные усилители и их условно
графическое обозначение. Коэффициент
усиления активного элемента. Инверсные
свойства операционного усилителя.
Понятие об обратной связи.

Элементы называются активными,
если энергия в выходной цепи
четырёхполюсника больше, чем энергия
во входной цепи. Это электронные лампы,
транзисторы, операционные усилители
(ОУ).

Транзисторявляется одним из
основных усилительных элементов в
технике связи.

Имеет три вывода:

Операционный усилитель (ОУ)представляет собой элемент, изготовленный
на основе микроэлектронной технологии,
в котором находится много транзисторов
(до 30), резисторов и конденсаторов.
Получает питание от источника постоянного
напряжения 10 – 15 В. Имеет 8 выводов:
2 входных, 1 выходной, 1 заземлённый, 2
для источника питания и 2 для регулировки.
На схеме ОУ изображается треугольником
с тремя выводами:

Достоинства ОУ: очень большой
коэффициент усиления:—,
большое входное сопротивление:и выше, маленькое выходное сопротивление.

Положительным (неинвертируемым)
входом ОУ
называется такой вход, при
подаче на который напряжения одной
полярности на выходе получается
напряжение такой же полярности.

Отрицательным (инвертируемым) входом
ОУ
называется вход, при подаче на
который напряжения одной полярности
на выходе получается напряжение другой
полярности.

Схема включения
ОУ без обратной связи (без ОС):

Понятие об обратной связи

Обратная связь— участок цепи,
через который часть напряжения с выхода
четырёхполюсника снова подаётся на
его вход.

Различают отрицательную обратную связь
(ООС) и положительную обратную связь
(ПОС).

ООС— напряжение с выхода
четырёхполюсника подаётся на вход со
знаком, противоположным знаку входного
напряжения.

ПОС— напряжение с выхода
четырёхполюсника подаётся на вход с
тем же знаком, что и знак входного
напряжения.

Схема включения
ОУ с обратной связью (с ОС):

ОУ
устроен так, что напряжение на его
выходе не может превышать напряжение
источника питания, поэтомуесли ОУ
работает без обратной связи, то
напряжение на его выходе всегда будет
прямоугольной формы и равно напряжению
источника питания. Это используют для
получения сигналов прямоугольной
формы.

Пусть

Так как на выходе должен получиться
сигнал очень большой по величине, то
на уровне
(напряжения источника питания) его
стороны будут практически перпендикулярны
к оси времени, и сигнал получится
прямоугольной формы.

Если ОУ работает с ООС, то при
маленьком коэффициенте передачи,
напряжение на выходе будет синусоидально,
а по мере роста коэффициентаначнут появляться искажения, и сигнал
превратиться в сигнал прямоугольной
формы.

ОУ обычно работает с глубокой ООС, что
резко уменьшает коэффициент передачи
цепи по напряжению, но зато улучшает
ряд других свойств ОУ.

Вопрос 11. Понятия
электрической цепи и электрической
схемы. Классификация электрических
цепей: неразветвлённая и разветвлённая,
линейная и нелинейная, пассивная и
активная, с сосредоточенными и
рассредоточенными параметрами,
инерционные и безинерционные, с открытыми
и закрытыми входами.

Электрической цепьюназывается
совокупность элементов и устройств,
образующих путь или пути для прохождения
электрического тока.

Элементы соединяются проводниками
(проводами), и при расчетах сопротивление
проводов равно нулю.

Классификация электрических цепей:

  1. Неразветвленная цепь— цепь,
    в которой нет ответвлений, поэтому
    значение тока одно и то же во всех
    точках.

Разветвленная цепь— цепь, в
которой есть точки, где сходятся не
менее трех токов.

  1. Линейная цепь— цепь, в которой
    параметры не зависят от приложенного
    напряжения или проходящего тока.

Нелинейная цепь— цепь, в которой
параметры зависят от приложенного
напряжения или проходящего тока.

  1. Активная цепь— цепь, которая
    содержит в себе источники или активные
    элементы.

Пассивная цепь— цепь, которая
содержит только пассивные элементы
(R, L, c).

  1. В зависимости от того, сосредоточены
    ли сопротивление R, индуктивность L,
    ёмкость c в отдельных элементах
    (резистор, катушка, конденсатор) или
    эти параметры распределены вдоль цепи
    (длинной линии), различают цепи с
    сосредоточенными или распределенными
    параметрами
    .

  2. Безинерционные цепи— цепи, в
    которых мгновенное значение на выходе
    устанавливается одновременно с
    мгновенным значением на входе.

Инерционные цепи— цепи, в
которых мгновенное значение на выходе
устанавливается с опозданием по времени
по сравнению с мгновенным значением
напряжения на входе (линии задержки).

  1. Цепи с закрытыми и открытыми входами:

Если цепь пропускает постоянный ток
на вход цепи, то это цепь с открытым
входом, если нет — цепь с закрытым
входом.

Электрическая схема— упрощённое,
наглядное изображение связи между
отдельными элементами электрической
цепи.

Цепь — реальное устройство, а схема —
графическое изображение цепи.

  1. Структурная схема— определяет
    основные функциональные части изделия,
    их назначение и взаимосвязь. Изображается
    прямоугольниками.

  2. Функциональная схема
    разъясняет отдельные процессы,
    протекающие в отдельных функциональных
    частях.

  3. Принципиальная схема
    определяет полный состав элементов и
    связи между ними. Изображается
    условно-графическими обозначениями
    элементов.

  4. Монтажная схема— показаны
    все соединения устройства, которые
    надо реально выполнить.

  5. Схема замещения— реальное
    устройство заменяется расчётной схемой
    замещения, исходя из физических
    процессов. Например:

Резистивное сопротивление — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Резистивное сопротивление

Cтраница 1

Резистивное сопротивление называют еще элементом активного сопротивления, а индуктивный и емкостной элементы-реактивными.
[1]

Резистивное сопротивление называют еще элементом активного сопротивления, а индуктивный и емкостной элементы — реактивными.
[2]

Резистивные сопротивления, если частоты не очень велики, полагают от частоты не зависящими.
[3]

Любое нелинейное резистивное сопротивление, обладающее односторонней проводимостью, работает как вентиль.
[4]

Резистивным сопротивлением называют идеализированный элемент, обладающий только свойством необратимого рассеивания энергии.
[5]

В резистивных сопротивлениях вторичной цепи выделяется энергия, которая переносится магнитным потоком из первичной цепи во вторичную и восполняется источником питания схемы. На рис. 15.53 6 изображена схема замещения трансформатора со стальным сердечником.
[6]

Мощность в резистивном сопротивлении всегда больше нуля, так как оно только потребляет энергию, преобразуя ее в тепло.
[7]

Мощность в резистивном сопротивлении всегда больше нуля, так как оно только потребляет энергию, преобразуя ее в тепло.
[8]

Первый элемент имеет резистивное сопротивление: п 2 Ом и индуктивное j i j ОД Ом. Второй элемент имеет резистивное сопротивление: Г2 5 Ом и индуктивное jx2j 0 3 Ом. Третий элемент имеет резистивное сопротивление: rj 4 Ом и индуктивное ] хз j 0 5 Ом.
[9]

В инженерной практике резистивное сопротивление, индуктивный и емкостной элементы часто называют просто сопротивлением, индуктивностью и емкостью, отождествляя, по существу, элемент с его параметром.
[10]

В инженерной практике резистивное сопротивление, индуктивный и емкостной элементы часто называют просто сопротивлением, индуктивностью и емкостью, отождествляя, по существу, элемент с его параметром.
[11]

Если не учитывать резистивное сопротивление R второй ветви, то i) m теоретически могла бы возрастать до бесконечности.
[12]

Мгновенные мощность и энергия резистивного сопротивления, как и следовало ожидать, всегда положительны. Это означает, что резистор может потреблять энергию из внешней цепи.
[13]

Вместо них используют вольт-амперные характеристики нелинейных резистивных сопротивлений, вебер-амперные характеристики нелинейных индуктивностей и кулон-вольтные характеристики нелинейных конденсаторов. Один и тот же нелинейный элемент в зависимости от поставленной при исследовании задачи и выбранного метода анализа должен быть описан различными характеристиками.
[14]

При этом остальные источники заменяются, резистивным сопротивлением, равным внутреннему сопротивлению источника. Токи исходной цепи ( полные токи) находятся наложением частичных токов.
[15]

Страницы:  

1

2

3




Резистивное сопротивление — Технический словарь Том VII

Резистивное сопротивление называют еще элементом активного сопротивления, а индуктивный и емкостной элементы-реактивными.
Резистивное сопротивление называют еще элементом активного сопротивления, а индуктивный и емкостной элементы — реактивными.
Резистивные сопротивления, если частоты не очень велики, полагают от частоты не зависящими.
Любое нелинейное резистивное сопротивление, обладающее односторонней проводимостью, работает как вентиль.
Резистивным сопротивлением называют идеализированный элемент, обладающий только свойством необратимого рассеивания энергии.
В резистивных сопротивлениях вторичной цепи выделяется энергия, которая переносится магнитным потоком из первичной цепи во вторичную и восполняется источником питания схемы. На рис. 15.53 6 изображена схема замещения трансформатора со стальным сердечником.
Мощность в резистивном сопротивлении всегда больше нуля, так как оно только потребляет энергию, преобразуя ее в тепло.
Мощность в резистивном сопротивлении всегда больше нуля, так как оно только потребляет энергию, преобразуя ее в тепло.
Первый элемент имеет резистивное сопротивление: п 2 Ом и индуктивное j i j ОД Ом. Второй элемент имеет резистивное сопротивление: Г2 5 Ом и индуктивное jx2j 0 3 Ом. Третий элемент имеет резистивное сопротивление: rj 4 Ом и индуктивное ] хз j 0 5 Ом.
В инженерной практике резистивное сопротивление, индуктивный и емкостной элементы часто называют просто сопротивлением, индуктивностью и емкостью, отождествляя, по существу, элемент с его параметром.
В инженерной практике резистивное сопротивление, индуктивный и емкостной элементы часто называют просто сопротивлением, индуктивностью и емкостью, отождествляя, по существу, элемент с его параметром.
Если не учитывать резистивное сопротивление R второй ветви, то i) m теоретически могла бы возрастать до бесконечности.
Мгновенные мощность и энергия резистивного сопротивления, как и следовало ожидать, всегда положительны. Это означает, что резистор может потреблять энергию из внешней цепи.
Вместо них используют вольт-амперные характеристики нелинейных резистивных сопротивлений, вебер-амперные характеристики нелинейных индуктивностей и кулон-вольтные характеристики нелинейных конденсаторов. Один и тот же нелинейный элемент в зависимости от поставленной при исследовании задачи и выбранного метода анализа должен быть описан различными характеристиками.
При этом остальные источники заменяются, резистивным сопротивлением, равным внутреннему сопротивлению источника. Токи исходной цепи ( полные токи) находятся наложением частичных токов.

В отличие от линейной колебательной цепи с резистивным сопротивлением, в цепях с затуханием, определяемым потерями в дуге, амплитуда колебаний убывает не по экспоненциальному, а по линейному закону и процесс во времени затухает много быстрее.
Емкость С берут такой, чтобы емкостное сопротивление равнялось резистивному сопротивлению каждой лампы.
Рассмотрим вопрос о построении частотных характеристик реактивных двухполюсников, не содержащих резистивных сопротивлений.
На рис. 7.9 показана схема цепи, содержащая две емкости, два резистивных сопротивления и ОУ. Показать, что данная цепь может быть резонансным усилителем.
Пусть схема замещения реального генератора представляет собой параллельное соединение источника тока io и резистивного сопротивления R.
Уравнение (1.6) определяет зависимость напряжения от тока и носит название вольт-амперной характеристики ( ВАХ) резистивного сопротивления. Если R постоянно, то ВАХ линейна ( рис. 1.3, а) и соответствует линейному элементу. Если же R зависит от протекающего через него тока или приложенного к нему напряжения, то ВАХ становится нелинейной ( рис. 1.3 6) и соответствует нелинейному резистивному сопротивлению.
Из полученного соотношения видно, что в отличие от диффузионного сопротивление переноса заряда является чисто вещественным, эквивалентным резистивному сопротивлению. Подобно диффузионному импедансу Rn зависит от квазипостоянных значений Еп и А.
Пускатели — это специальные коммутирующие аппараты, предназначенные для пуска, остановки и защиты электродвигателей без введения в их цепи резистивных сопротивлений.
Метод гармонического баланса можно применять к расчету цепей, содержащих несколько переменных во времени параметров ( например, изменяющееся во времени резистивное сопротивление и изменяющуюся во времени индуктивность), причем характер изменения во времени ЭДС ( тока) может быть по любому периодическому закону.
К такому уравнению, например, сводится задача о переходном процессе в цепи, состоящей из индуктивной катушки с нелинейной ВАХ и линейного резистивного сопротивления, при подключении ее к источнику постоянного напряжения и при квадратичной аппроксимации зависимости потокосцепления оттока.
При рассмотрении характеристик управляемой индуктивной катушки ( см. § 15.24), феррорезонансных схем ( см. § 15.57 — 15.62) индуктивную катушку полагали идеализированной, а именно: не учитывали потери в ее сердечнике, наличие потока рассеяния и падение напряжения в резистивном сопротивлении обмотки. Это делалось с той целью, чтобы основные свойства упомянутых схем и устройств не были завуалированы относительно второстепенными факторами.
Первый элемент имеет резистивное сопротивление: п 2 Ом и индуктивное j i j ОД Ом. Второй элемент имеет резистивное сопротивление: Г2 5 Ом и индуктивное jx2j 0 3 Ом. Третий элемент имеет резистивное сопротивление: rj 4 Ом и индуктивное ] хз j 0 5 Ом.
Любая топология силовой части, которая будет в дальнейшем рассмотрена, предполагает, что преобразование будет выполняться эффективно, без заметных потерь мощности. Отсюда следует, что любое резистивное сопротивление в силовой части будет рассматриваться как составляющая схемы, которая мешает преобразованию, снижает его эффективность. Именно по этой причине в дальнейшем непрерывные ( не импульсные) регуляторы и преобразователи, как правило, не рассматриваются, хотя во многих случаях они очень полезны и даже незаменимы.
Электромеханические логические реле с герметизированными контактами замыкающим ( а, б, переключающим ( в.
Индукционное устройство функционирует на основе взаимодействия переменных магнитных полей неподвижных электромагнитов с токами, индуктированными этими полями в подвижном якоре. Для создания вращающего момента при резистивном сопротивлении контура индуктированного тока необходимо не менее двух магнитных потоков, разделенных в пространстве и сдвинутых по фазе. В качестве якоря обычно используется диск 2 ( рис. 3.3, и) или цилиндр 2 ( рис. 3.3, б) из немагнитного материала. Магнитные потоки Фл, Фй индуктируют токи j, i 2 в подвижном якоре.
Для анализа схем широко применяются эквивалентные схемы Теве-нина. Общее сопротивление схемы, импеданс, учитывает резистивное сопротивление, емкостную и индуктивную реактивность.
Для логических плат с большим быстродействием существенным является правильное распределение питающего напряжения, позволяющее предотвратить его потери на сопротивлениях линий ( / XR), исключить проблемы, вносимые паразитными контурами, замыкающимися через землю, а также проблемы помех и взаимовлияния сигналов. Применение земляного слоя обеспечивает уменьшение падений напряжения на резистивных сопротивлениях и снижение индуктивных составляющих этих сопротивлений. Введение в многослойную плату слоя питания, в котором распределяется питающее напряжение, дает преимущества, аналогичные тем, которые достигаются при наличии слоя земли.
На практике данный процесс происходит благодаря разряду предварительно заряженного конденсатора на резистивное сопротивление. Для уменьшения емкости конденсаторной батареи в РССТ современных источников используют промежуточные полупроводниковые усилители на транзисторах. Промежуточный полупроводниковый усилитель на транзисторах в схеме РССТ позволяет не только существенно уменьшить емкость батареи, но и регулировать время снижения сварочного тока.
Представляет интерес и другой путь решения данной задачи. Он обусловлен тем, что в данной цепи последовательно с источником напряжения включено резистивное сопротивление Rz. Теперь цепь содержит только источники тока, и составление системы узловых уравнений не представляет труда.
Вторая схема представляет собой расчетную схему для низких частот и служит для выяснения степени деформирования вершины импульса. Эту схему получают из полной схемы замещения, оставляя в ней последовательно включенные конденсаторы по пути следования сигнала, а также индуктивные элементы, включенные параллельно резистивным сопротивлениям, и закорачивая последовательные индуктивные элементы по пути следования сигнала. Паразитные емкости в низкочастотной схеме не учитывают.
Первый элемент имеет резистивное сопротивление: п 2 Ом и индуктивное j i j ОД Ом. Второй элемент имеет резистивное сопротивление: Г2 5 Ом и индуктивное jx2j 0 3 Ом. Третий элемент имеет резистивное сопротивление: rj 4 Ом и индуктивное ] хз j 0 5 Ом.
Эквивалентные схемы связей при разряде электростатического заряда на корпус ЦТС, когда / корпус гальванически раз. Если собственная емкость тела равна С, то его потенциал по отношению к земле равен E q / C. При приближении оператора к корпусу ( например, при попытке открыть дверцу или нажать кнопку) в момент, когда напряжение Е становится равным напряжению пробоя воздушного промежутка между телом и корпусом, происходит искровой разряд заряда на корпус. Путь разрядного тока проходит по участкам тела, обладающим некоторым резистивным сопротивлением R, и по участкам корпуса, обладающим некоторой индуктивностью LK. Резистивное сопротивление корпуса RK обычно несравнимо меньше R, поэтому при анализе им можно пренебречь. Эквивалентные схемы связей для данного вида воздействия приведены на рис. 3.6. Здесь замыкание выключателя Т имитирует возникновение разрядного промежутка.
Перейдем к вопросу о реализации четырехполюсника по его заданной передаточной функции, полагая, что она удовлетворяет условиям физической реализуемости. Существует много различных методов реализации. В одних методах в основу положена передаточная функция при холостом ходе четырехполюсника, а других — передаточная функция четырехполюсника, нагруженного на согласованное резистивное сопротивление. В последнем случае принято нагрузку брать равной 1 Ом и называть ее нормализованной.
Уравнение (1.6) определяет зависимость напряжения от тока и носит название вольт-амперной характеристики ( ВАХ) резистивного сопротивления. Если R постоянно, то ВАХ линейна ( рис. 1.3, а) и соответствует линейному элементу. Если же R зависит от протекающего через него тока или приложенного к нему напряжения, то ВАХ становится нелинейной ( рис. 1.3 6) и соответствует нелинейному резистивному сопротивлению.
Эквивалентные схемы связей при разряде электростатического заряда на корпус ЦТС, когда / корпус гальванически раз. Если собственная емкость тела равна С, то его потенциал по отношению к земле равен E q / C. При приближении оператора к корпусу ( например, при попытке открыть дверцу или нажать кнопку) в момент, когда напряжение Е становится равным напряжению пробоя воздушного промежутка между телом и корпусом, происходит искровой разряд заряда на корпус. Путь разрядного тока проходит по участкам тела, обладающим некоторым резистивным сопротивлением R, и по участкам корпуса, обладающим некоторой индуктивностью LK. Резистивное сопротивление корпуса RK обычно несравнимо меньше R, поэтому при анализе им можно пренебречь. Эквивалентные схемы связей для данного вида воздействия приведены на рис. 3.6. Здесь замыкание выключателя Т имитирует возникновение разрядного промежутка.
С этой целью тарировку второго канала ЭЛТ удобно выполнить в единицах тока. Резистор 20 Ом является измерительным. Поскольку форма кривой тока на резисторе совпадает с кривой напряжения, напряжение, подводимое на вход второго канала ЭЛТ, соответствует по форме кривой тока исследуемого элемента. Параметры исследуемых элементов подобраны таким образом, что резистивное сопротивление 20 Ом мало влияет на характер исследуемой цепи.
В данной работе в качестве нелинейного элемента используется полевой транзистор. Входные воздействия ( напряжения), если их больше, чем одно суммируются с помощью сумматора. Высокое входное сопротивление сумматора исключает взаимное влияние источников. Типовая сток-затворная характеристика полевого транзистора ( характеристика нелинейного элемента) представлена на рис. 13.2. Для теоретического исследования нелинейных режимов всей цепи эта характеристика может быть заменена отрезками прямых или может быть использована более точная ( например кусочно-параболическая) аппроксимация. Характер преобразования синусоидального напряжения, подаваемого на вход цепи ( вход нелинейного элемента) зависит от нагрузки в цепи стока транзистора ( резистивное сопротивление R или колебательный LC контур), а также от исходного режима в котором находится нелинейный элемент.

Резистивное заземление нейтрали. Достоинства и недостатки

В данной статье речь пойдет о достоинствах и недостатках резистивного заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ.

Резистивное заземление нейтрали (заземление нейтрали через резистор) в электрических сетях среднего напряжения достаточно широко применяется во Франции, Германии и некоторых других странах. Принято различать два варианта заземления нейтрали через резистор: высокоомное и низкоомное. При высокоомном заземлении нейтрали сопротивление R заземляющего резистора выбирается из условия [Л1,с.16]:

R = (1 — 2)*Xc∑ = (1 — 2)* Uфном./Iс∑ (1)

где:

  • Uфном. – фазное номинальное напряжение, кВ;
  • Iс∑ — суммарный емкостной ток сети, А.

При выборе сопротивления заземляющего резистора из условия (1) эффект накопления зарядов на фазах сети при дуговом перемежающемся ОЗЗ сводится к минимуму, и перенапряжения на неповрежденных фазах при повторных зажиганиях дуги не превышают значений (2,4 — 2,5) Uф.ном.

Основные характеристики высокоомного заземления нейтрали приведены в таблице 1.

Если принять, что при высокоомном заземлении нейтрали ток замыкания на землю не должен превышать предельных значений, принятых для сети с изолированной нейтралью, то при R = Xc∑, суммарный емкостный ток сети Iс∑ должен быть в √2 раз меньше, чем для сети с изолированной нейтралью.

Поэтому область применения высокоомного режима заземления нейтрали будет еще более ограничена (по значению Iс∑), чем режима изолированной нейтрали. По мнению многих специалистов применение высокоомного режима заземления нейтрали целесообразно прежде всего в сетях с Uном = 6 — 10 кВ при Iс∑ не более 5 — 10 А [2]. К таким сетям относятся, в частности, большинство воздушных сетей 6 – 10 кВ, непротяженные кабельные шахтные, карьерные сети, сети торфоразработок и др.

При низкоомном заземлении нейтрали через резистор минимальное значение тока О33 в месте повреждения ограничивается двумя условиями:

  • обеспечение устойчивости функционирования простых токовых защит нулевой последовательности от ОЗЗ во всех режимах работы сети;
  • полное исключение возможности возникновения наиболее опасных дуговых перемежающихся ОЗЗ.

В зависимости от параметров электрической сети и линий условия устойчивости функционирования токовых защит нулевой последовательности обеспечиваются при значениях тока ОЗЗ от десятков до сотен ампер [3]. Для исключения возможности возникновения дуговых перемежающихся ОЗЗ минимальное значение тока замыкания должно быть не менее 100 А.

При указанных значениях тока ОЗЗ защита от этого вида повреждений должна действовать только на отключение.

Максимально допустимое значение тока ОЗЗ ограничивается условием недопущения серьезных повреждений элементов сети за время действия защиты.

Основные характеристики низкоомного заземления нейтрали приведены в таблица 2.

Основным недостатком низкоомного заземления нейтрали является возможность существенного увеличения числа отключений элементов сети из-за переходов кратковременных самоустраняющихся (при других режимах заземления нейтрали) пробоев изоляции в устойчивые повреждения.

Опыт применения низкоомногo заземления нейтрали в сети 6 кВ собственных нужд Рефтинской ГРЭС, показал, что число отключений электродвигателей на секциях с низкоомным заземлением нейтрали оказалось больше, чем на секциях, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостногo тока. Увеличение числа отключений элементов сети при недостаточной степени автоматизации и резервирования электрической сети и технологических процессов потребителей может привести к увеличению ущербов от ОЗЗ, т.е. к снижению надежности.

Уменьшить число излишних отключений элементов в сетях, работающих с низкоомным заземлением нейтрали, можно при использовании быстродействующего автоматического кратковременного заземления (АЗФ) поврежденной фазы, обеспечивающего эффективное самогашение дуги в большинстве случаев пробоев изоляции на землю. Однако в России, несмотря на наличие соответствующих разработок, необходимая для реализации быстродействующего АЗФ аппаратура промышленностью не выпускается.

С учетом сказанного, низкоомное заземление нейтрали целесообразно применять только в тех сетях, где допустимо (с учетом условий электрическогo и технологического резервирования, степени автоматизации распределительных сетей, систем электроснабжения, технологических процессов) отключение любого элемента сети.

Сочетание резонансного и высокоомногo режима заземления нейтрали, предложенное в [2], предполагает шунтирование ДГР резистором, выбранным из условия:

Rn = Uф/∆Iз (2)

где: ∆Iз = |Iдгр — Iс| — ток расстройки компенсации;

Применение выслкллмного резистора, шунтирующего ДГР, приводит к прекращению биений напряжения на фазах после погасания дуги даже при достаточно больших расстройках компенсации и уменьшает кратности перенапряжений на неповрежденных фазах до значений 2,5.

К достоинствам данного режима заземления нейтрали следует отнести также улучшение режима работы сети с большой несимметрией емкостей фаз на землю. Недостатком является некоторое увеличение тока в месте повреждения и увеличение вероятности повторных зажиганий дуги.

Литература:

  1. В.А.Шуин, А.В.Гусенков. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ.
  2. Евдокунин Г. А., Гудилин С. В., Корепанов А. А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6 — 10 кВ // Электричество. 1998.
  3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. 15-e изд. М.: Энерrоатомиздзт,1996.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Reactance

http://en.wikipedia.org 
Wikipedia, свободная энциклопедия

Реактивное сопротивление — это мнимая часть импеданса (импедансом
называется полное (комплексное) сопротивление цепи переменного тока), которая
показывает меру противодействия синусоидальному переменному току. Реактивное
сопротивление возникает в присутствии индуктивности и ёмкости в цепи, и
обозначается символом X;
единица СИ — Ом.

(В этом разделе знак тильда (~) будет использован для обозначения векторов или комплексных
величин, а буквы без дополнительных знаков обозначают модули векторов соответствующих
величин, а также скалярные величины.)

Для определения импеданса   требуется как реактивное сопротивление X, так и резистивное
(активное) сопротивление R.
Несмотря на то, что в некоторых обстоятельствах реактивное сопротивление может
доминировать, требуется хотя-бы приблизительное знание активного
сопротивления  для определения импеданса.

Как модуль, так и фаза  импеданса зависят от обоих сопротивлений – и
от активного и от реактивного:

Модуль импеданса — это отношение амплитуд напряжения и тока, тогда как фаза -
это разница между фазами напряжения и тока. 

  • Если X>0 говорят, что реактивное сопротивление
    является индуктивным
  • Если X=0 говорят, что импеданс чисто резистивный
    (активный)
  • Если X<0 говорят, что реактивное
    сопротивление является ёмкостным

Физическое значение

Определение соотношений между током и напряжением требует знания, как активного,
так и реактивного сопротивлений. Реактивное сопротивление само по себе
даёт только ограниченную физическую информацию об электрическом устройстве или
электрической цепи:

  1. Величина реактивного сопротивления показывает меру
    противодействия цепи только переменному току, и зависит от частоты
    переменного тока. 
  2. Положительное реактивное сопротивление подразумевает, что
    фаза напряжения опережает фазу тока, в то время как отрицательное реактивное
    сопротивление подразумевает, что фаза напряжения отстаёт от фазы тока.
  3. Нулевое реактивное
    сопротивление подразумевает, что ток и напряжение совпадают по фазе и
    наоборот, если реактивное сопротивление не равно нулю, тогда существует
    разность фаз между напряжением и током.

Есть случаи, когда  в цепи есть
реактивные элементы, но результируюшее реактивное сопротивление цепи равно
нулю, для примера: резонанс в RLC-цепи
случается, когда реактивные импедансы ZC и
ZL взаимоуничтожаются.
Это значит, что импеданс имеет фазу, равную нулю (специфический пример нулевого
реактивного сопротивления для случая 3. выше).

Ёмкостное
реактивное сопротивление

Ёмкостное реактивное сопротивление Xc обратнопропорционально частоте сигнала  и ёмкости C.

Ёмкостной элемент называется конденсатором. Конденсатор состоит из двух
проводников, отделённых друг от друга изолятором, тоесть диэлектриком.

При низких частотах или в цепи постоянного тока конденсатор разрывает
(размыкает) цепь, так как ток не может течь через диэлектрик. Если к изначально
разряженному конденсатору прикладывают постоянное напряжение – в начальный
момент на обкладках конденсатора индуцируются заряды, электрическое поле котрых
противоположно полю внешнего источника напряжения. Поэтому ток в этот начальный
момент в цепи максимален. Затем потенциалы источника питания и конденсатора
точно уравниваются, и ток в цепи прекращается.

Конденсатор, включённый в цепь переменного тока, будет успевать накапливать
только ограниченный заряд перед тем, как разность потенциалов изменит знак на
противоположный. Тоесть ток не будет успевать упасть до нуля, как в случае цепи
постоянного тока. Чем выше частота, тем меньший заряд будет аккумулироваться в
конденсаторе, и тем меньше конденсатор будет противодействовать внешнему току
(сопротивление уменьшается).

Индуктивное
реактивное сопротивление

Индуктивное реактивное сопротивление XLпрямопропорционально частоте сигнала и индуктивности L.

Индуктивный элемент представляет собой катушку
индуктивности, тоесть длинный проводник, например проволока, намотанный в виде
катушки. Изнутри катушка может быть пустая или содержать магнетик. Закон
электромагнитной индукции Фарадея устанавливает, что ЭДС электромагнитной
индукции в замкнутом контуре численно равна и
противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность,
ограниченную этим контуром. Эта ЭДС часто называется противо-ЭДС.

Если индуктивность представляет собой катушку содержащую N витков.

В общем случае ЭДС является следствием изменения магнитного потока в
контуре. Но это изменение магнитного потока может иметь разные причины:
движение магнита, движение другой катушки с током, изменение собственного тока
контура. Последний случай носит название – явление самоиндукции, которое и
лежит в основе индуктивного реактивного сопротивления.

В свою очередь противо-ЭДС вызывает в контуре индукционный ток, который
направлен противоположно току источника питания. Точная форма правила Ленца:
индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный
поток, через контур, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот
ток.

Если к изначально неподключенной катушке индуктивности подключают источник
постоянного тока – в начальный момент в катушке начинает течь ток от внешнего
источника. Он вызывает изменение магнитного потока. Изменение магнитного потока
порождает противо-ЭДС. Противо-ЭДС вызывает противоток. Этот противоток в
начальный момент равен току источника.

При низких частотах или в цепи постоянного тока катушка индуктивности
проводит электрический ток беспрепятственно, и может рассматриваться как
короткозамкнутый участок цепи, тоесть проводник с низким сопротивлением. Если
к изначально неподключенной катушке индуктивности подключают источник
постоянного тока – в начальный момент в катушке возникает противоток, равный
току внешнего источника. Поэтому для идуктивного элемента в этот начальный
момент результирующий ток равен нулю, а напряжение максимально. Затем токи
источника и индуктивного элемента уравниваются и напряжение на индуктивном
элементе становится равным нулю.

Ток в катушке индуктивности, включённой в
цепь переменного тока, будет успевать возрасти только до определённого значения
перед тем, как ток источника питания изменит знак на противоположный. Тоесть
напряжение (на выводах катушки индуктивности) не будет успевать упасть до нуля,
как в случае цепи постоянного тока. Чем выше частота, тем выше напряжение на
выводах катушки индуктивности (сопротивление увеличивается).

Фазные соотношения

Фаза напряжения приложенного к чисто реактивному устройству (устройству с
нулевым активным сопротивлением) отстаёт от фазы тока на Pi/2 для ёмкости и опережает фазу тока на Pi/2 для индуктивности. Необходимо отметить, что для
определения соотношений между током и напряжением необходимо знать как активное,
так и реактивное сопротивление.

Причина различных знаков ёмкостного и индуктивного сопротивлений заключается
в определении фазной переменной импеданса.

Для реактивного элемента цепи синусоидальное напряжение на элементе сдвинуто
по фазе на 90 градусов (Pi/2 радиан)
относительно тока. Элемент поочерёдно то поглащает энергию из сети, то затем
возвращает энергию обратно в сеть, поэтому чисто реактивное сопротивление не
поглащает энергию.

Различные формы записи комплексных величин. Активная и реактивная составляющие напряжения и тока. Соединение сопротивлений. Мощности. Векторные диаграммы

1. Приборы, подключенные к цепи (рис. 2.20), дали следующие показания: U=65 В, I=5 А, Р=300 Вт.
Вычислить комплексные сопротивления и проводимости цепи для случаев: .

Решение:
Модуль сопротивления и его аргумент определяют по формулам:

Искомые комплексные сопротивления и проводимости цепи:

2. Комплексное напряжение и ток пассивного двухполюсника равны:

Вычислить комплексные сопротивление , проводимость и указать, каковы эквивалентные параметры двухполюсника. Чему равен сдвиг фаз между напряжением и током? Определить активную и реактивную составляющие напряжения и тока, активную, реактивную и полную мощности. Построить векторную диаграмму напряжений и токов.

Решение:
Запишем комплексные напряжение и ток в показательной форме и изобразим их на векторной диаграмме (рис. 2.21):

Определим комплексное сопротивление:

Следовательно, эквивалентными параметрами цепи являются резистивное R=2,4 0м и индуктивное сопротивления, соединенные последовательно.
Комплексную проводимость цепи определяют по формуле:

Эквивалентные параметры цепи: резистивная G=0,15 См и реактивная (индуктивная) В=0,2 См проводимости, соединенные параллельно.
Угол сдвига фаз между напряжением и током (он же аргумент )
Резистивные и реактивные составляющие напряжения и тока:

Необходимо обратить внимание на то, что вещественные и мнимые составляющие комплексных напряжения и тока в общем случае отличаются от их активных и реактивных составляющих.
Активная, реактивная и полная мощности:

Те же мощности можно определить по формуле:

3. Последовательно с катушкой, параметры которой R=3 Ом, L=25 мГн, включен реостат сопротивлением (рис. 2.23, а). Определить напряжение на катушке , его сдвиг фазы по отношению к приложенному напряжению, а также мощность, расходуемую в катушке. К цепи подведено напряжение U=120 В, f=50 Гц. Построить векторную диаграмму напряжений и тока.

Решение:
Комплексное сопротивление всей цепи

Направим вектор U по оси вещественных чисел, т. е.
Комплексный ток

Напряжение на катушке

Оно сдвинуто по фазе по отношению к приложенному напряжению на угол . Векторная диаграмма приведена на рис. 2.23, б.
Мощность, расходуемая в катушке

Та же мощность может быть подсчитана и другим путем:

4. В цепи (рис. 2.31, в) дано:

Определить токи активные и реактивные мощности всей цепи и отдельных ветвей. Построить векторную диаграмму.

Решение:
Полное сопротивление цепи:

В неразветвленной части цепи проходит ток

Токи в параллельных ветвях могут быть выражены через ток в неразветвленной части цепи:

Токи можно найти и другим путем:

Найдем мощности (активные) всей цепи и отдельных ее ветвей:

Проверка показывает, что .
Определим реактивные мощности всей цепи и отдельных ее ветвей:

Учитывая, что реактивные мощности катушек положительны, а реактивная мощность конденсатора отрицательна, получим .
На рис. 2.31. б приведена векторная диаграмма. Порядок ее построения следующий: по результатам расчетов отложены векторы токов , затем по направлению отложен вектор и перпендикулярно ему в сторону опережения — вектор . Их сумма дает вектор . Далее в фазе с построен вектор и перпендикулярно ему в сторону отставания (так как отрицательно) вектор , а их сумма дает вектор напряжения на параллельном участке . Тот же вектор можно получить, если в фазе с отложить и к нему прибавить вектор опережающий на . Сумма векторов дает вектор приложенного напряжения.

5. Параметры цепи (рис. 2.35): . Определить значение и характер сопротивления , если известно, что оно чисто реактивно и через него проходит ток , а напряжение, приложенное к цепи, .

Решение:
Сопротивление разветвленной части цепи

Общее сопротивление цепи . Оно может быть выражено и так: . Отсюда .
Возможны два решения задачи: искомое сопротивление имеет индуктивный характер и равно либо , либо .

6. Каким резистивным сопротивлением следует зашунтировать сопротивление , чтобы ток, проходящий через , отставал от приложенного напряжения U на 90° (рис. 2.36, а)? Сопротивления: . Построить векторную диаграмму.

Решение:
Обозначим: тогда

Ток в неразветвленной части цепи

Через сопротивление проходит ток

Для того чтобы ток отставал по фазе от напряжения U на 90°, знаменатель последнего выражения должен быть чисто мнимым (по знаку положительным) значением.
Выпишем этот знаменатель и выделим в нем вещественную и мнимую составляющие

Вещественную часть полученного выражения приравняем нулю

отсюда

Векторная диаграмма представлена на рис. 2.36, б.

7. Вычислить резистивное сопротивление , которое надо подключить к зажимам 2—2′ цепи (рис. 2.41), чтобы отношение напряжения на этом сопротивлении к напряжению на входе цепи равнялось Н. Числовой расчет проделать при .

Решение:
Входное сопротивление всей цепи

где

Вычислим напряжение , для чего сначала найдем токи

Отсюда определим отношение комплексных напряжений

и отношение модулей напряжений

Подставляя числовые значения, после простых преобразований получим квадратное уравнение относительно .
Решение этого уравнения дает значение искомого сопротивления

Отличие резистивного кабеля от саморегулирующегося.














Критерий

Резистивный кабель

Саморегулирующийся кабель

Локальный перегрев в месте перехлеста нитей кабеля

Кабель поддерживает постоянную мощность по всей длине => в месте перехлеста перегревается, что вызывает быстрое старение и разрушение материала кабеля в этом месте

Уменьшает потребляемую мощность в местах перехлеста за счет свойств «матрицы»

Пусковые токи

Начальные токи превышают номинальное значение на 10-15% => автоматика по номинальным параметрам

Начальные токи превышают номинальное значение в 2 раза => автоматика выбирается по параметрам пуска => удорожание щита управления обогревом

Устойчивость к механическим воздействиям (давление шага, перегиб, перекрутка и т.д.)

Сильная деформация кабеля приводит к деформации жилы в сторону уменьшения площади сечения проводника, благодаря чему в данном месте уменьшается сопротивление и образуется локальный перегрев

Деформация «матрицы» не влияет на работу кабеля

Максимальная длина

За счет варьирования сопротивления греющей жилы удается достигнуть больших длин, сопротивление включено последовательно

Саморегулирующаяся матрица установлена между жилами, имеющими конечное сечение и соответствующие ограничения по току, при большой длине секции жилы греющего кабеля со стороны холодного конца перегреваются и происходит отслоение материала матрицы от медного проводника => кабель локально выходит из строя

Обогрев кровли (змейка)

Благодаря круглому сечению легко раскладывается

Кабель имеет форму ленты, за счет чего при частой укладке кабель лежит на ребре, что менее эффективно

Обогрев кровли (желоба)

Скапливающаяся в желобах грязь обволакивает кабель, в результате чего происходит «запирание» тепла и локальный перегрев

Благодаря эффекту саморегуляции кабель локально снижает мощность и «запирания» тепла не происходит

Обогрев кровли (водосточные трубы)

Высокая вероятность пересечения нитей кабеля, запирание тепла, благодаря скапливающемуся мусору=> перегрев

Пересечение нитей не провоцирует перегрев, устойчив к «запиранию» тепла

Обогрев площадок

Постоянная мощность => стабильный разогрев даже в экстремальных условиях (при очень низкой температуре)

При низкой температуре выделяет большую мощность => быстрее происходит нагрев Экстремальные условия (очень низкая температура) => крайне высокие значения пускового тока могут спровоцировать отслоение «матрицы» от токоведущей жилы => выход кабеля из рабочего состояния (уменьшение погонной мощности кабеля)

Обогрев резервуаров

Постоянная мощность => стабильный разогрев в любых условиях, устойчивое поддержание положительной температуры, высокий температурный класс, для любых целей

Простая раскладка на любой форме за счет возможности пересечение нитей кабеля. Благодаря эффекту саморегуляции поддержание температуры происходит с большим статизмом (погрешностью регулятора).

Обогрев трубопровода

Уникальные конфигурации объектов => отсутствие необходимой длины (так как фиксированная длина секции).

Кабель на отрез, поэтому с легкостью покрывает любую форму, любую конфигурацию обогреваемого объекта

Долговечность

Большое количество условий для появления локального перегрева, но при правильной установке и уходе за кабелем служит до 20 и более лет.

Не имеет свойств к перегреву, но ресурс материала матрицы ограничивает срок службы кабеля до 10 лет (есть исключения, например саморегулирующийся кабель Fujikura имеет срок службы до 20 лет и более).

Сопротивление и удельное сопротивление

Сопротивление и удельное сопротивление

Авторские права © Майкл Ричмонд.
Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

  • Электрическое сопротивление измеряется в Ом :
                          1 вольт
                1 Ом = ---------
                          1 ампер
     
  • Сопротивление проволоки или прутка протеканию электрического тока
    зависит как от его геометрии, так и от его состава.
  • Провода большого сечения (тонкие) имеют малое сопротивление;
    толстые обладают большим сопротивлением.
  • Короткие провода имеют малое сопротивление; длинные имеют большое сопротивление.
  • Различные материалы имеют разное сопротивление .
    Единицы измерения удельного сопротивления — ом-метры.
  • Сопротивление проволоки или прутка равномерного поперечного сечения может быть
    рассчитывается как

                                (удельное сопротивление) * (длина)
                  Сопротивление = ------------------------
                                 (площадь поперечного сечения)
     
  • Удельное сопротивление материала зависит от его температуры.Большинство металлов имеют более низкое сопротивление при понижении температуры.
  • Температурный коэффициент удельного сопротивления описывает
    изменение удельного сопротивления как функция температуры:

                удельное сопротивление (T) = удельное сопротивление (T0) * [1 - a * (T - T0)]
    
          где
                    a = температурный коэффициент удельного сопротивления
                    T0 = ​​эталонная температура
     
  • Некоторые материалы становятся сверхпроводниками , когда они падают ниже
    критическая температура.Они предлагают нулевое сопротивление потоку
    тока.

График 1


Viewgraph 2


Viewgraph 3


Viewgraph 4


Viewgraph 5


Viewgraph 6


Viewgraph 7


Viewgraph 8


Viewgraph 9


Просмотр 10


Просмотр графа 11

Авторские права © Майкл Ричмонд.
Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

5.3 Удельное сопротивление и сопротивление — Введение в электричество, магнетизм и схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

  • Различия между сопротивлением и удельным сопротивлением
  • Определите термин проводимость
  • Опишите электрический компонент, известный как резистор
  • Укажите взаимосвязь между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением.
  • Укажите взаимосвязь между удельным сопротивлением и температурой

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов, которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление.Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

Удельное сопротивление

Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле, и заряды в проводнике ощущают силу, обусловленную электрическим полем. Плотность тока зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю.В этих случаях плотность тока можно смоделировать как

где — электрическая проводимость. Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Поскольку удельная электропроводность равна, то единицы равны

Здесь мы определяем единицу, называемую ом с греческим символом в верхнем регистре омега,.Устройство названо в честь Георга Симона Ома, о котором мы поговорим позже в этой главе. Используется, чтобы избежать путаницы с числом. Один ом равен одному вольту на ампер:. Таким образом, единицы электропроводности.

Электропроводность — это внутреннее свойство материала. Другим внутренним свойством материала является удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала — это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока. Символ удельного сопротивления — строчная греческая буква ро, а удельное сопротивление — величина, обратная удельной электропроводности:

Единица измерения удельного сопротивления в единицах СИ — ом-метр.Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

(5.3.1)

Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем. Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением. Хорошие изоляторы обладают низкой проводимостью и высоким удельным сопротивлением. В таблице 5.3.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.

(таблица 5.3.1)

Таблица 5.3.1 Удельное сопротивление и проводимость различных материалов при
[1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.

Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться.Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

ПРИМЕР 5.3.1


Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для токоведущего провода

Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле медного провода диаметром (), по которому проходит ток.

Стратегия

Мы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, то есть, и определение плотности тока. Сопротивление можно найти, используя длину провода, площадь и удельное сопротивление меди, где. Удельное сопротивление и плотность тока можно использовать для определения электрического поля.

Решение

Сначала рассчитаем плотность тока:

Сопротивление провода

Наконец, мы можем найти электрическое поле:

Значение

Исходя из этих результатов, неудивительно, что медь используется для проводов, проводящих ток, потому что сопротивление довольно мало.Обратите внимание, что плотность тока и электрическое поле не зависят от длины провода, но напряжение зависит от длины.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.5


Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий рейтинг электропроводности и, следовательно, самый низкий рейтинг удельного сопротивления среди всех недрагоценных металлов. Также важна прочность на разрыв, где прочность на разрыв является мерой силы, необходимой для того, чтобы подтянуть объект к точке, где он сломается.Прочность материала на разрыв — это максимальное значение растягивающего напряжения, которое он может выдержать перед разрушением. Медь обладает высокой прочностью на разрыв. Третья важная характеристика — пластичность. Пластичность — это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью. Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью.Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем преимущества и недостатки?

Температурная зависимость удельного сопротивления

Вернувшись к Таблице 5.3.1, вы увидите столбец «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в решетчатой ​​структуре металлов, которые препятствуют движению электронов.В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:

(5.3.2)

где — удельное сопротивление материала при температуре, — температурный коэффициент материала, а — удельное сопротивление при, обычно принимаемое равным.

Обратите внимание, что температурный коэффициент отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице 5.3.1, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшаться с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

Сопротивление

Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента. Сопротивление — это мера того, насколько сложно пропустить ток через провод или компонент.Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление является характеристикой материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление является характеристикой провода или компонента.

Чтобы рассчитать сопротивление, рассмотрите сечение токопроводящего провода с площадью поперечного сечения, длиной и удельным сопротивлением. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая на нем разность потенциалов (рисунок 5.3.1). Разность потенциалов создает электрическое поле, пропорциональное плотности тока, согласно.

(рисунок 5.3.1)

Рисунок 5.3.1 Потенциал, обеспечиваемый батареей, прикладывают к сегменту проводника с площадью поперечного сечения и длиной.

Величина электрического поля на участке проводника равна напряжению, деленному на длину,, а величина плотности тока равна току, деленному на площадь поперечного сечения,. Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:

СОПРОТИВЛЕНИЕ


Отношение напряжения к току определяется как сопротивление:

(5.3.3)

Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:

(5.3.4)

Единица измерения сопротивления — Ом. Для заданного напряжения чем выше сопротивление, тем ниже ток.

Резисторы

Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения. Рисунок 5.3.2 показаны символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два широко используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC). Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но отметим, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.

(рисунок 5.3,2)

Рисунок 5.3.2 Обозначения резистора, используемого в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (б) символ IEC.

Зависимость сопротивления материала и формы от формы

Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения и длиной, сделанный из материала с удельным сопротивлением (рисунок 5.3.3). Сопротивление резистора составляет.

(рисунок 5.3.3)

Рисунок 5.3.3 Модель резистора в виде однородного цилиндра длины и площади поперечного сечения. Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости.Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения, тем меньше сопротивление.

Наиболее распространенным материалом для изготовления резистора является углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, к нему прикреплены два медных вывода. Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным. Опять же, в концы резистора вставляются медные провода.Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рисунке 5.3.4.

(рисунок 5.3.4)

Рисунок 5.3.4 Многие резисторы напоминают рисунок, показанный выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют собой первые две цифры сопротивления резистора. Третий цвет — множитель. Четвертый цвет обозначает допуск резистора. Показанный резистор имеет сопротивление.

Сопротивления варьируются на много порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление или более. Сухой человек может иметь сопротивление руки к ноге, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.

Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку оно прямо пропорционально. Мы знаем, что для цилиндра, если и не сильно изменяются с температурой, имеет ту же температурную зависимость, что и. (Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на и примерно на два порядка меньше, чем на.) Таким образом,

(5.3.5)

— это температурная зависимость сопротивления объекта, где — исходное сопротивление (обычно принимаемое равным), а — сопротивление после изменения температуры. Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре.

Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (рисунок 5.3.5). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

(рисунок 5.3.5)

Рисунок 5.3.5 Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.6


Тензодатчик — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей основы, поддерживающей рисунок из проводящей фольги.Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения основы. Как меняется сопротивление тензодатчика? Влияет ли тензодатчик на изменение температуры?

ПРИМЕР 5.3.3


Сопротивление коаксиального кабеля

Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, которые являются сигналами от другого оборудования и приборов. Коаксиальные кабели используются во многих случаях, когда требуется устранение этого шума. Например, их можно найти дома через кабельное телевидение или другие аудиовизуальные соединения.Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника с радиусом, окруженного вторым внешним концентрическим проводником с радиусом (рисунок 5.3.6). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например полиэтиленовым пластиком. Между двумя проводниками возникает небольшой ток радиальной утечки. Определите сопротивление коаксиального кабеля соответствующей длины.

(рисунок 5.3.6)

Рисунок 5.3.6 Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических жил, разделенных изоляцией. Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных средствах связи.

Стратегия

Мы не можем использовать уравнение напрямую. Вместо этого мы смотрим на концентрические цилиндрические оболочки с толщиной и интегрируем.

Решение

Сначала мы находим выражение, а затем интегрируем от до,

Значение

Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов, а также удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника. Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки.Этот ток утечки приводит к ослаблению (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 5.7


Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля и внутреннего и внешнего радиуса двух проводников. Если вы разрабатываете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?

Кандела Цитаты

Лицензионный контент

CC, конкретная атрибуция

  • Загрузите бесплатно по адресу http: // cnx.org/contents/[email protected] Получено с: http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия: CC BY: Attribution

Что такое сопротивление? | Fluke

Сопротивление — это мера сопротивления току в электрической цепи.

Сопротивление измеряется в омах и обозначается греческой буквой омега (Ом). Ом назван в честь Георга Симона Ома (1784-1854), немецкого физика, изучавшего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.Ему приписывают формулировку закона Ома.

Все материалы в некоторой степени сопротивляются току. Они попадают в одну из двух широких категорий:

  • Проводники: материалы с очень низким сопротивлением, в которых электроны могут легко перемещаться. Примеры: серебро, медь, золото и алюминий.
  • Изоляторы: материалы, обладающие высоким сопротивлением и ограничивающие поток электронов. Примеры: резина, бумага, стекло, дерево и пластик.

Золотая проволока служит отличным проводником

Измерения сопротивления обычно проводятся для определения состояния компонента или цепи.

  • Чем выше сопротивление, тем меньше ток. Если он слишком высокий, одной из возможных причин (среди многих) может быть повреждение проводов из-за горения или коррозии. Все проводники выделяют определенное количество тепла, поэтому перегрев часто связан с сопротивлением.
  • Чем меньше сопротивление, тем выше ток. Возможные причины: повреждение изоляторов из-за влаги или перегрева.

Многие компоненты, такие как нагревательные элементы и резисторы, имеют фиксированное значение сопротивления.Эти значения часто печатаются на паспортных табличках компонентов или в руководствах для справки.

Если указан допуск, измеренное значение сопротивления должно находиться в пределах указанного диапазона сопротивления. Любое значительное изменение значения фиксированного сопротивления обычно указывает на проблему.

«Сопротивление» может звучать отрицательно, но в электричестве его можно использовать с пользой.

Примеры: Ток должен с трудом проходить через маленькие катушки тостера, достаточный для выработки тепла, которое подрумянивает хлеб.Лампы накаливания старого образца заставляют ток течь через такие тонкие нити, что возникает свет.

Невозможно измерить сопротивление в рабочей цепи. Соответственно, специалисты по поиску и устранению неисправностей часто определяют сопротивление, измеряя напряжение и ток и применяя закон Ома:

E = I x R

То есть, вольт = амперы x Ом. R в этой формуле означает сопротивление. Если сопротивление неизвестно, формулу можно преобразовать в R = E / I (Ом = вольт, деленный на амперы).

Примеры: В цепи электрического нагревателя, как показано на двух рисунках ниже, сопротивление определяется путем измерения напряжения и тока цепи с последующим применением закона Ома.

Пример нормального сопротивления цепи Пример увеличенного сопротивления цепи

В первом примере, общее обычное сопротивление цепи, известное опорное значение, составляет 60 Ω (240 ÷ 4 = 60 Ω). Сопротивление 60 Ом может помочь определить состояние цепи.

Во втором примере, если ток в цепи составляет 3 А вместо 4, сопротивление цепи увеличилось с 60 Ом до 80 Ом (240 ÷ 3 = 80 Ом).Увеличение общего сопротивления на 20 Ом может быть вызвано неплотным или грязным соединением или обрывом катушки. Секции с разомкнутой катушкой увеличивают общее сопротивление цепи, что снижает ток.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.

Сопротивление и резисторы | Безграничная физика

Закон Ома

Закон

Ома гласит, что ток пропорционален напряжению; цепи являются омическими, если они подчиняются соотношению V = IR.

Цели обучения

Контрастная форма вольт-амперных графиков для омических и неомических цепей

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Напряжение управляет током, а сопротивление ему препятствует.
  • Закон

  • Ома относится к пропорциональному соотношению между напряжением и током. Это также относится к конкретному уравнению V = IR, которое действительно при рассмотрении схем, содержащих простые резисторы (сопротивление которых не зависит от напряжения и тока).
  • Цепи или компоненты, которые подчиняются соотношению V = IR, называются омическими и имеют линейные зависимости тока от напряжения, проходящие через начало координат.
  • Существуют неомические компоненты и схемы; их графики I-V не являются линейными и / или не проходят через начало координат.
Ключевые термины
  • простая схема: Схема с одним источником напряжения и одним резистором.
  • омический: То, что подчиняется закону Ома.

Закон Ома

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов V, которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток. Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению V. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787-1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению: [латекс] \ text {I} \ propto \ text {V} [/ latex ].

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда. Напомним, что хотя напряжение управляет током, сопротивление ему препятствует. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Следовательно, ток обратно пропорционален сопротивлению: [latex] \ text {I} \ propto \ frac {1} {\ text {R}} [/ latex].

Простая схема: Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленной красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Единицей измерения сопротивления является Ом, где 1 Ом = 1 В / А. Мы можем объединить два приведенных выше соотношения, чтобы получить I = V / R. Это соотношение также называется законом Ома.В этой форме закон Ома действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление R, которое не зависит от напряжения V и тока I. Объект с простым сопротивлением называется резистором, даже если его сопротивление невелико.

Падение напряжения: Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Дополнительное понимание можно получить, решив I = V / R для V, что дает V = IR. Это выражение для V можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I. Фраза IR drop часто используется для этого напряжения. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда.Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку E = qΔV, и через каждую из них протекает одинаковое q. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны.

В истинно омическом устройстве одно и то же значение сопротивления будет вычислено из R = V / I независимо от значения приложенного напряжения V. То есть отношение V / I является постоянным, и когда ток отображается как В зависимости от напряжения кривая является линейной (прямая линия). Если напряжение принудительно устанавливается равным некоторому значению V, тогда это напряжение V, деленное на измеренный ток I, будет равно R. Или, если ток будет увеличен до некоторого значения I, тогда измеренное напряжение V, деленное на этот ток I, также будет R. график I против V как прямая линия.Однако есть компоненты электрических цепей, которые не подчиняются закону Ома; то есть их соотношение между током и напряжением (их ВАХ) нелинейное (или неомическое). Примером может служить диод с p-n переходом.

Кривые «ток-напряжение»: ВАХ четырех устройств: двух резисторов, диода и батареи. Два резистора подчиняются закону Ома: график представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Два других устройства не подчиняются закону Ома.

Закон Ома: краткий обзор закона Ома.

Температура и сверхпроводимость

Сверхпроводимость — это явление нулевого электрического сопротивления и вытеснения магнитных полей в некоторых материалах при температуре ниже критической.

Цели обучения

Опишите поведение сверхпроводника при температуре ниже критической и в слабом внешнем магнитном поле.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Сверхпроводимость — это сверхпроводимость. Сверхпроводимость — это термодинамическая фаза, обладающая определенными отличительными свойствами, которые в значительной степени не зависят от микроскопических деталей.
  • В сверхпроводящих материалах характеристики сверхпроводимости проявляются при понижении температуры ниже критической. Возникновение сверхпроводимости сопровождается резкими изменениями различных физических свойств.
  • Когда сверхпроводник помещается в слабое внешнее магнитное поле H и охлаждается ниже температуры его перехода, магнитное поле выбрасывается.
  • Сверхпроводники могут поддерживать ток без приложенного напряжения.
Ключевые термины
  • высокотемпературные сверхпроводники: материалы, которые ведут себя как сверхпроводники при необычно высоких температурах (выше примерно 30 К).
  • критическая температура: В сверхпроводящих материалах характеристики сверхпроводимости проявляются при этой температуре (и сохраняются ниже).
  • сверхпроводимость: свойство материала, при котором он не оказывает сопротивления прохождению электрического тока.

Сверхпроводимость — это явление точно нулевого электрического сопротивления и вытеснения магнитных полей, возникающее в некоторых материалах при охлаждении ниже критической температуры. Он был обнаружен Хайке Камерлинг-Оннес (на фото) 8 апреля 1911 года в Лейдене.

Хайке Камерлинг-Оннес: Хайке Камерлинг-Оннес (1853-1926).

Большинство физических свойств сверхпроводников варьируются от материала к материалу, такие как теплоемкость и критическая температура, критическое поле и критическая плотность тока, при которых сверхпроводимость разрушается. С другой стороны, существует класс свойств, не зависящих от основного материала. Например, все сверхпроводники имеют точно нулевое удельное сопротивление по отношению к низким приложенным токам, когда нет магнитного поля или если приложенное поле не превышает критического значения.Существование этих «универсальных» свойств подразумевает, что сверхпроводимость является термодинамической фазой и, таким образом, обладает определенными отличительными свойствами, которые в значительной степени не зависят от микроскопических деталей.

В сверхпроводящих материалах характеристики сверхпроводимости проявляются, когда температура T понижается ниже критической температуры T c . Возникновение сверхпроводимости сопровождается резкими изменениями различных физических свойств — отличительным признаком фазового перехода.Например, электронная теплоемкость пропорциональна температуре в нормальном (несверхпроводящем) режиме. При сверхпроводящем переходе он испытывает прерывистый скачок и после этого перестает быть линейным, как показано на.

Когда сверхпроводник помещается в слабое внешнее магнитное поле H и охлаждается ниже температуры перехода, магнитное поле выбрасывается. Эффект Мейснера не вызывает полного выброса поля. Скорее, поле проникает в сверхпроводник на очень малое расстояние (характеризуемое параметром λ), называемое лондонской глубиной проникновения.Он экспоненциально спадает до нуля в объеме материала. Эффект Мейснера — определяющая характеристика сверхпроводимости. Для большинства сверхпроводников лондонская глубина проникновения составляет порядка 100 нм.

Сверхпроводящий фазовый переход: поведение теплоемкости (cv, синий) и удельного сопротивления (ρ, зеленый) при сверхпроводящем фазовом переходе.

Сверхпроводники также способны поддерживать ток без какого-либо приложенного напряжения — свойство, используемое в сверхпроводящих электромагнитах, таких как те, что используются в аппаратах МРТ.Эксперименты показали, что токи в сверхпроводящих катушках могут сохраняться годами без какого-либо измеримого ухудшения. Экспериментальные данные указывают на то, что в настоящее время продолжительность жизни составляет не менее 100 000 лет. Теоретические оценки времени жизни постоянного тока могут превышать расчетное время жизни Вселенной, в зависимости от геометрии провода и температуры.

Значение этой критической температуры варьируется от материала к материалу. Обычно обычные сверхпроводники имеют критические температуры в диапазоне от примерно 20 К до менее 1 К.Твердая ртуть, например, имеет критическую температуру 4,2 К. По состоянию на 2009 г. самая высокая критическая температура, обнаруженная для обычного сверхпроводника, составляет 39 К для диборида магния (MgB 2 ), хотя экзотические свойства этого материала вызывают некоторые сомнения относительно точности классифицируя его как «обычный» сверхпроводник. Высокотемпературные сверхпроводники могут иметь гораздо более высокие критические температуры. Например, YBa 2 Cu 3 O 7 , один из первых открытых купратных сверхпроводников, имеет критическую температуру 92 К; Обнаружены купраты на основе ртути с критическими температурами, превышающими 130 К.Следует отметить, что химический состав и кристаллическая структура сверхпроводящих материалов могут быть довольно сложными, как показано в.

Элементарная ячейка сверхпроводника YBaCuO: Элементарная ячейка сверхпроводника YBaCuO. Атомы обозначены разными цветами.

Сопротивление и удельное сопротивление

Сопротивление и удельное сопротивление описывают степень, в которой объект или материал препятствуют прохождению электрического тока.

Цели обучения

Определите свойства материала, которые описываются сопротивлением и удельным сопротивлением

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Сопротивление объекта (т.е., резистор) зависит от его формы и материала, из которого он состоит.
  • Удельное сопротивление ρ является внутренним свойством материала и прямо пропорционально общему сопротивлению R, внешней величине, которая зависит от длины и площади поперечного сечения резистора.
  • Удельное сопротивление разных материалов сильно различается. Точно так же резисторы могут иметь разные порядки величины.
  • Резисторы расположены последовательно или параллельно.Эквивалентное сопротивление цепи последовательно включенных резисторов является суммой всех сопротивлений. Сопротивление, обратное эквивалентному сопротивлению цепи параллельно включенных резисторов, является суммой обратных сопротивлений каждого резистора.
Ключевые термины
    Эквивалентное сопротивление серии

  • : сопротивление сети резисторов, расположенных таким образом, что напряжение в сети является суммой напряжений на каждом резисторе. В этом случае эквивалентное сопротивление — это сумма сопротивлений всех резисторов в сети.
  • параллельное эквивалентное сопротивление: такое сопротивление сети, при котором на каждый резистор действует одинаковая разность потенциалов (напряжение), поэтому токи, проходящие через них, складываются. В этом случае сопротивление, обратное эквивалентному сопротивлению, равно сумме обратных сопротивлений всех резисторов в сети.
  • удельное сопротивление: Обычно сопротивление материала электрическому току; в частности, степень сопротивления материала потоку электричества.

Сопротивление и удельное сопротивление

Сопротивление — это электрическое свойство, препятствующее прохождению тока.Ток, протекающий через провод (или резистор), подобен воде, протекающей по трубе, а падение напряжения на проводе подобно перепаду давления, которое проталкивает воду по трубе. Сопротивление пропорционально тому, сколько давления требуется для достижения заданного потока, в то время как проводимость пропорциональна тому, сколько потока возникает при заданном давлении. Проводимость и сопротивление взаимны. Сопротивление объекта зависит от его формы и материала, из которого он состоит. Цилиндрический резистор легко анализировать, и таким образом мы можем получить представление о сопротивлении более сложных форм.Как и следовало ожидать, электрическое сопротивление цилиндра R прямо пропорционально его длине L, подобно сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше зарядов соударяется с его атомами. Чем больше диаметр цилиндра, тем больше тока он может пропускать (опять же, аналогично потоку жидкости по трубе). Фактически, R обратно пропорционально площади поперечного сечения цилиндра A.

Цилиндрический резистор: однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A.Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, которое труба оказывает потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения A, тем меньше его сопротивление.

Как уже упоминалось, для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект. Различные материалы обладают разным сопротивлением потоку заряда. Мы определяем удельное сопротивление вещества ρ так, чтобы сопротивление объекта R было прямо пропорционально ρ.Удельное сопротивление ρ — это внутреннее свойство материала, не зависящее от его формы или размера. Напротив, сопротивление R — это внешнее свойство, которое действительно зависит от размера и формы резистора. (Аналогичная внутренняя / внешняя связь существует между теплоемкостью C и удельной теплоемкостью c). Напомним, что объект, сопротивление которого пропорционально напряжению и току, называется резистором.

Типичный резистор: Типовой резистор с осевыми выводами.

Что определяет удельное сопротивление? Удельное сопротивление разных материалов сильно различается.Например, проводимость тефлона примерно в 1030 раз ниже, чем проводимость меди. Почему такая разница? Грубо говоря, металл имеет большое количество «делокализованных» электронов, которые не застревают в каком-либо одном месте, но могут свободно перемещаться на большие расстояния, тогда как в изоляторе (например, тефлоне) каждый электрон прочно связан с одним атомом и требуется большая сила, чтобы оторвать его. Точно так же резисторы могут иметь разные порядки величины. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 12 Ом или более.Сопротивление сухого человека может составлять 10 5 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет примерно 10 3 Ом. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10 −5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Разность потенциалов (напряжение), наблюдаемая в сети, является суммой этих напряжений, поэтому общее сопротивление (последовательное эквивалентное сопротивление) можно найти как сумму этих сопротивлений:

[латекс] \ text {R} _ {\ text {eq}} = \ text {R} _ {1} + \ text {R} _ {2} + \ cdots + \ text {R} _ {\ text {N}} [/ латекс].

В качестве особого случая сопротивление N резисторов, соединенных последовательно, каждый из которых имеет одинаковое сопротивление R, определяется как NR. Каждый резистор в параллельной конфигурации подвержен одной и той же разности потенциалов (напряжению), однако протекающие через них токи складываются . Таким образом, можно вычислить эквивалентное сопротивление (Req) сети:

[латекс] \ frac {1} {\ text {R} _ {\ text {eq}}} = \ frac {1} {\ text {R} _ {1}} + \ frac {1} {\ text {R} _ {2}} + \ cdots + \ frac {1} {\ text {R} _ {\ text {N}}} [/ latex].

Параллельное эквивалентное сопротивление может быть представлено в уравнениях двумя вертикальными линиями «||» (как в геометрии) как упрощенное обозначение.Иногда вместо «||» используются две косые черты «//», если на клавиатуре или шрифте отсутствует символ вертикальной линии. Для случая, когда два резистора включены параллельно, это можно рассчитать по формуле:

[латекс] \ text {R} _ {\ text {eq}} = \ text {R} _ {1} \ parallel \ text {R} _ {2} = \ frac {\ text {R} _ {1 } \ text {R} _ {2}} {\ text {R} _ {1} + \ text {R} _ {2}} [/ latex].

В качестве особого случая сопротивление резисторов N, подключенных параллельно, каждый с одинаковым сопротивлением R, определяется как R / N. Сеть резисторов, которая представляет собой комбинацию параллельного и последовательного соединения, может быть разбита на более мелкие части, которые являются одним или другим, например, как показано на.

Сеть резисторов

: В этой комбинированной схеме цепь может быть разбита на последовательный компонент и параллельный компонент.

Однако некоторые сложные сети резисторов не могут быть решены таким образом. Это требует более сложного анализа схем. Одним из практических применений этих соотношений является то, что нестандартное значение сопротивления обычно может быть синтезировано путем соединения ряда стандартных значений последовательно или параллельно. Это также можно использовать для получения сопротивления с более высокой номинальной мощностью, чем у отдельных используемых резисторов.В частном случае N идентичных резисторов, все подключенных последовательно или все подключенных параллельно, номинальная мощность отдельных резисторов умножается на N.

Сопротивление, резисторы и удельное сопротивление: краткий обзор сопротивления, резисторов и удельного сопротивления.

Зависимость сопротивления от температуры

Удельное сопротивление и сопротивление зависят от температуры, причем зависимость линейна для малых изменений температуры и нелинейна для больших.

Цели обучения

Сравните температурную зависимость удельного сопротивления и сопротивления при больших и малых изменениях температуры

Основные выводы

Ключевые моменты
  • При изменении температуры на 100ºC или менее удельное сопротивление (ρ) изменяется с изменением температуры ΔT как: [latex] \ text {p} = \ text {p} _ {0} (1 + \ alpha \ Delta \ text {T }) [/ latex] где ρ 0 — исходное удельное сопротивление, а α — температурный коэффициент удельного сопротивления.
  • При больших изменениях температуры наблюдается нелинейное изменение удельного сопротивления с температурой.
  • Сопротивление объекта демонстрирует такую ​​же температурную зависимость, как и удельное сопротивление, поскольку сопротивление прямо пропорционально удельному сопротивлению.
Ключевые термины
  • удельное сопротивление: Обычно сопротивление материала электрическому току; в частности, степень сопротивления материала потоку электричества.
  • температурный коэффициент удельного сопротивления: эмпирическая величина, обозначаемая α, которая описывает изменение сопротивления или удельного сопротивления материала с температурой.
  • Полупроводник

  • : вещество с электрическими свойствами, промежуточными между хорошим проводником и хорошим изолятором.

Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые материалы могут стать сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах (см.). И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, например, создают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление.При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ° C или меньше) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры ΔT, как выражается в следующем уравнении:

Сопротивление образца ртути: Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах — это сверхпроводник примерно до 4,2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление совершает внезапный скачок, а затем увеличивается почти линейно с температурой. .

[латекс] \ text {p} = \ text {p} _ {0} (1 + \ alpha \ Delta \ text {T}) [/ latex]

, где ρ 0 — исходное удельное сопротивление, а α — температурный коэффициент удельного сопротивления.Для более значительных изменений температуры α может изменяться, или для нахождения ρ может потребоваться нелинейное уравнение. По этой причине обычно указывается суффикс для температуры, при которой измерялось вещество (например, α 15 ), и соотношение сохраняется только в диапазоне температур вокруг эталона. Обратите внимание, что α положителен для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Температурный коэффициент обычно составляет от + 3 · 10 −3 K −1 до + 6 · 10 −3 K −1 для металлов, близких к комнатной температуре.Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Например, манганин (состоящий из меди, марганца и никеля) имеет α, близкое к нулю, поэтому его удельное сопротивление незначительно меняется с температурой. Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.

Обратите также внимание на то, что α отрицательна для полупроводников, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока.Это свойство уменьшения ρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку R 0 прямо пропорционально ρ. Для цилиндра мы знаем, что R = ρL / A, поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R будет иметь ту же температурную зависимость, что и ρ. (Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше, чем типичные температурные коэффициенты удельного сопротивления, и поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на ρ.) Таким образом,

[латекс] \ text {R} = \ text {R} _ {0} (1 + \ alpha \ Delta \ text {T}) [/ latex]

— это температурная зависимость сопротивления объекта, где R 0 — исходное сопротивление, а R — сопротивление после изменения температуры T. Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (см.). Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры.Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Термометры: Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.

Резистивный электрический поток — закон Ома

Движущийся заряд ощущает сопротивление

Когда электрический заряд движется через материал, он обычно чувствует сопротивление, которое имеет тенденцию противодействовать движению, возникающее из-за их взаимодействия с другими зарядами в материале, движущемся термически.*

Исходя из нашего опыта работы с силами сопротивления, мы не можем быть уверены в том, что сопротивление, которое испытывает движущийся заряд, не зависит от скорости (например, трение), пропорционально скорости (например, вязкости) или пропорционально квадрату скорости (например, сопротивление ). Во многих ситуациях оказывается, что сила сопротивления, которую испытывает движущийся заряд, более вязкостная — пропорциональна скорости. Мы увидим, что предположение о том, что это то, на что похоже сопротивление, эквивалентно закону Ома — соотношению, которое очень хорошо выполняется для многих систем.{резистивный} = -bv $$

Знак минус означает, что сила направлена ​​противоположно скорости.

Что поддерживает это?

Чтобы заряд двигался через резистивную среду, нам нужна сила, уравновешивающая сопротивление. Поскольку мы хотим перемещать заряды, наиболее естественно рассматривать электрическую силу как силу, проталкивающую их через резистивную среду.

Чтобы заряд $ q $ двигался с постоянной скоростью через резистивную среду, нам нужна электрическая сила $ qE $.{net} = qE — bv = 0 $$

или

$$ qE = bv. $$

Закон Ома

Теперь рассмотрим цилиндр, состоящий, скажем, из ионов и электронов, на который мы помещаем электрическое поле. Ионы будут реагировать, возможно, в 120000 раз меньше, чем электроны (отношение массы иона меди к массе электрона), поэтому мы можем игнорировать движение ионов.

Рассмотрим цилиндр заряда с площадью поперечного сечения A и длиной $ L $ с носителями заряда $ q $, имеющими плотность $ n $.Чтобы получить поле E в объеме, наложим разность потенциалов $ ΔV $. Это даст среднее поле E

$$ E = ΔV / L. $$

Баланс наших сил дает

$$ qE = bv $$

$$ qΔV / L = bv $$

Теперь мы хотим избавиться от $ v $ в пользу текущего, $ I $. Напомним, что ток определяется как (см. Страницу, количественное определение электрического тока) количество заряда, пересекающего область в секунду, или

$$ I = \ frac {\ mathrm {количество \; из \; заряда \; пересечения \; площади \; в \; a \; время} Δt} {Δt} $$

Так как $ I $ = (заряд на одном носителе) (количество носителей на единицу объема) x
(площадь пересечения объема во времени $ Δt $), деленное на $ Δt $

$$ I = \ frac {qn (AvΔt)} {Δt} = qnvA $$

Таким образом, мы можем решить для $ v $ в $ I $ как

$$ v = \ frac {I} {qnA} $$

Помещая это в наше уравнение баланса сил, получаем

$$ \ frac {qΔV} {L} = \ frac {bI} {qnA} $$

Решение для $ \ Delta V $ дает

$$ ΔV = \ bigg (\ frac {bL} {q ^ 2nA} \ bigg) I $$

Комбинация $ bL / q ^ 2nA $ — это свойство конкретного цилиндра, на который мы смотрим — его материал (который определяет, что такое $ q $, $ n $ и $ b $) и его форма (которая определяет $ L $ и $ A $).2nA}. $$

Результатом является мощное уравнение, закон Ома,

$$ ΔV = IR. $$

Что это значит?

В принципе, из вывода мы можем видеть, откуда исходит закон Ома. Все начинается с утверждения, что толчок (исходящий от поля E) уравновешивается сопротивлением (пропорциональным v), поэтому мы поддерживаем постоянную скорость (согласно 2-му закону Ньютона).

Поскольку мы не можем легко создать поля E количественно, но можем легко манипулировать потенциалом, мы выражаем это через разность потенциалов на цилиндре (резисторе).Поскольку мы не можем легко измерить скорость наших носителей тока, но у нас есть устройства (амперметры) для прямого измерения токов, удобно выражать скорость через ток.

Результат интуитивно понятен: больше толчка означает больше потока; большее сопротивление для того же толчка приводит к меньшему потоку. Это стандартное уравнение потока, управляемое градиентом, где изменение некоторого скалярного поля в пространстве приводит к движению чего-то. Другие примеры включают уравнение H-P, тепловой поток за счет теплопроводности и закон диффузии Фика.

Чтобы понять, каковы последствия этого, нам придется рассмотреть множество моделей и установить некоторые принципы использования этого закона, чтобы помочь выяснить, какие потоки куда.

Биолог против закона Ома инженера-электрика

Поскольку электрические резисторы в основном пассивны, инженеры-электрики очень довольны идеей сопротивления — это вещество сопротивляется протеканию тока. Но в биологических системах система часто регулирует свое сопротивление, чтобы активно управлять током.2nA} {bL} $$

$$ I = GΔV $$

Это равнозначные формы закона Ома. (Это ничем не отличается от описания движения в терминах скорости — мили / час или его обратной скорости — минут / мили. Что проще использовать, зависит от того, что вы вычисляете, и формально они полностью эквивалентны.)

Resistivity: Плотность сопротивления

Когда у нас были свойства материи, которые зависят как от того, что это за материя, так и от ее формы, мы сочли полезным создать плотность. 2 $, а не от $ 1 / A $.Можете ли вы увидеть из выводов, что является источником этой разницы?

Откуда разница в напряжении?

Поскольку мы знали, что у нас есть постоянный ток, и поскольку мы знали, что у нас есть некоторое сопротивление, Ньютон 2 сказал нам, что нам нужна толкающая сила, чтобы уравновесить силу сопротивления. Мы предположили, что это вызвано E-полем, связанным с разностью потенциалов. Но откуда взялась эта разница потенциалов?

Давайте рассмотрим идеализированную модель, в которой у нас есть батарея (которая создает разность напряжений и, следовательно, поле E), подталкивающая некоторые заряды вниз по проводу.Если провод практически не имеет сопротивления (и большинство проводов имеют очень низкое сопротивление), любые заряды, которые начинают двигаться, не замедляются. Они продолжают двигаться с постоянной скоростью. Но предположим, что теперь происходит попадание в резистивную область, как показано на рисунке ниже.

Когда движущиеся заряды (синий или + на этой диаграмме) ударяют по резистору, они чувствуют сопротивление и начинают замедляться, накапливая некоторый избыточный + заряд на переднем конце резистора. Эти избыточные заряды создают в резисторе поле E, которое вытесняет положительные заряды, оставляя дефицит +, который является избытком — зарядов.

Как только это стабилизируется (примерно за наносекунду в типичной макроскопической схеме), у нас есть лист + на одной стороне резистора и лист — на другой стороне. Это похоже на конденсатор, устанавливающий между ними электрическое поле, достаточное для поддержания заряда с постоянной скоростью. (В этом нет никакой магии. Если бы не было достаточно зарядов, чтобы удерживать их от замедления, больше зарядов накапливались бы, увеличивая поле E, пока их не будет достаточно. Тогда оно больше не будет увеличиваться и будет устойчивое состояние. учредил.)

Мы можем измерить разницу напряжений на концах резистора. Если бы поле E было постоянным внутри, то его величина была бы равна

.

$$ E = \ frac {\ Delta V} {\ Delta x} = \ frac {\ Delta V} {L} $$

Хотя $ E $, вероятно, не является постоянным, это все равно будет среднее поле E, $ \ langle E \ rangle $.

Шт.

Из закона Ома ясно, что подходящей единицей измерения сопротивления является «вольт / ампер». Эта комбинация распаковывается —

  • В = Джоуль / Кулон,
  • Ампер = Кулон / сек,

, поэтому единица сопротивления —

  • Вольт / Ампер = Джоуль * сек / Кулон 2 = кг-м 2 / C 2 -с.

Поскольку «b» должно иметь единицы измерения в кг / с, чтобы bv создавала силу (кг-м / с 2 ), это соответствует нашей подробной формуле для $ R $.

Эта запутанная комбинация обозначается «Ом» и пишется с греческой заглавной буквы «омега» (Ω). Единицей измерения проводимости является (конечно — что это еще может быть?) «Mho» **.

* За исключением очень особых обстоятельств — таких как металлы и некоторые другие материалы при очень, очень низких температурах — в этот момент сопротивление потоку может исчезнуть.Это называется сверхпроводимостью.

** Увы, это уже не так. Официальный термин был изменен, так что 1 обратный Ом официально называется Сименсом.

Джо Редиш 27.02.12

Что такое удельное сопротивление — формулы и единицы »Электроника

Удельное электрическое сопротивление является ключевым параметром для любого материала, используемого в электрических цепях, электронных компонентах и ​​многих других предметах.


Resistance Tutorial:
Что такое сопротивление
Закон Ома
Омические и неомические проводники
Сопротивление лампы накаливания
Удельное сопротивление
Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов
Температурный коэффициент сопротивления
Электрическая проводимость
Последовательные и параллельные резисторы
Таблица параллельных резисторов


Удельное сопротивление — это мера сопротивления определенного размера материала определенного размера электрической проводимости.

Удельное сопротивление также может называться удельным электрическим сопротивлением или объемным сопротивлением, хотя эти термины используются менее широко.

Хотя материалы сопротивляются прохождению электрического тока, некоторые из них проводят его лучше, чем другие.

Удельное сопротивление — это величина, которая позволяет сравнивать то, как различные материалы позволяют или сопротивляются протеканию тока.

Чтобы значения удельного сопротивления были значимыми, для удельного сопротивления используются определенные единицы, и существуют формулы для его расчета и соотнесения с сопротивлением в Ом для данного размера материала.

Материалы, которые легко проводят электрический ток, называются проводниками и имеют низкое удельное сопротивление. Те, которые плохо проводят электричество, называются изоляторами, и эти материалы обладают высоким удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление различных материалов играет важную роль при выборе материалов, используемых для электрического провода, во многих электронных компонентах, включая резисторы, интегральные схемы и многое другое.

Определение и единицы удельного сопротивления

Удельное электрическое сопротивление образца материала также может быть известно как его удельное электрическое сопротивление.Это мера того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.

Определение удельного сопротивления:

Удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

Удельное электрическое сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения при заданной температуре.

Единица измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ — ом · метр (Ом · м). Обычно обозначается греческой буквой ρ, ро.

Хотя обычно используется единица измерения удельного сопротивления в системе СИ, омметр, иногда значения могут быть выражены в омах сантиметрах, Ом⋅см.

В качестве примера, если твердый куб из материала размером 1 M 3 имеет листовые контакты на двух противоположных гранях, которые сами по себе не создают никакого сопротивления, а сопротивление между контактами составляет 1 Ом, тогда удельное сопротивление материала называется 1 & Omega: & dot; ⋅m. 2

Из уравнений видно, что сопротивление можно изменять, изменяя множество различных параметров.

Например, поддерживая постоянное удельное сопротивление материала, сопротивление образца можно увеличить, увеличив длину или уменьшив площадь поперечного сечения. Из уравнений удельного сопротивления также видно, что увеличение удельного сопротивления материала приведет к увеличению сопротивления при тех же размерах. Аналогичным образом уменьшение удельного сопротивления приведет к уменьшению сопротивления.

Уровни удельного сопротивления материалов

Материалы делятся на разные категории в зависимости от их уровня или удельного сопротивления.-8

Полупроводники

Переменная *

Сверхпроводники

0

* Уровень проводимости полупроводников зависит от уровня легирования. Без легирования они выглядят почти как изоляторы, но с легированием доступны носители заряда, и сопротивление резко падает.Аналогично для электролитов уровень удельного сопротивления варьируется в широких пределах.

Определение удельного сопротивления гласит, что удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, с пониманием того, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

Удельное сопротивление обычно измеряется в Омметрах. Это означает, что удельное сопротивление измеряется для куба материала размером метр в каждом направлении.

Практическое значение удельного сопротивления

Удельное сопротивление материалов важно, поскольку оно позволяет использовать правильные материалы в нужных местах в электрических и электронных компонентах.

Материалы, используемые в качестве проводников, например в электрических и общих соединительных проводах, должны иметь низкий уровень удельного сопротивления. Это означает, что для данной площади поперечного сечения сопротивление провода будет низким. Выбор правильного материала зависит от знания его свойств, одним из которых является его удельное сопротивление.

Например, медь является хорошим проводником, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления, ее стоимость не слишком высока, а также она обеспечивает другие физические характеристики, которые полезны во многих электрических и электронных приложениях. Удельное сопротивление меди составляет около 1,7 x 10 -8 Ом · м (или 17 нОм), хотя цифры могут незначительно отличаться в зависимости от марки меди

.

Такие материалы, как медь и даже алюминий, обладают низким удельным сопротивлением, что делает их идеальными для использования в качестве электрических проводов и кабелей, причем медь часто является фаворитом.Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но, поскольку они значительно дороже, они не получили широкого распространения. Тем не менее, серебро иногда используется для обшивки проводов там, где необходимо его низкое удельное сопротивление, а золотое покрытие используется для сопрягаемых поверхностей многих электронных разъемов, чтобы обеспечить наилучшие контакты. Золото также хорошо подходит для электрических разъемов, поскольку оно не тускнеет и не окисляется, как другие металлы.

Разъем Multiway PCB имеет золотистый отлив на ответных контактах, чтобы уменьшить контактное сопротивление, а также предотвратить потускнение.

Другие материалы необходимы в качестве изоляторов, пропускающих как можно меньший ток.Удельное сопротивление изолятора будет на много порядков выше. Одним из примеров является воздух, и у него очень высокий показатель удельного сопротивления, превышающий 1,5 x 10 14 , что, как можно видеть, очень, очень много выше, чем удельное сопротивление меди.

Удельное электрическое сопротивление играет важную роль во многих других электронных компонентах. В резисторах, например, удельное сопротивление различных материалов играет ключевую роль в обеспечении правильного сопротивления резисторов.

Удельное сопротивление также играет ключевую роль в других электронных компонентах.Для интегральных схем очень важно удельное сопротивление материалов в микросхеме. Некоторые области должны иметь очень низкое сопротивление и иметь возможность соединять различные области ИС внутри, тогда как другие материалы должны изолировать разные области. Опять же, для этого важно сопротивление.

Удельное сопротивление играет ключевую роль во многих областях электронных компонентов, а также многих электрических деталей.

Удельное электрическое сопротивление является ключевым параметром для материалов, которые будут использоваться в электрических и электронных системах.Эти вещества с высоким электрическим сопротивлением называются изоляторами и могут использоваться для этой цели. Они с низким уровнем удельного электрического сопротивления являются хорошими проводниками и могут использоваться во множестве приложений, от проводов до электрических соединений и многого другого.

Дополнительные концепции электроники:
Напряжение
Текущий
Мощность
Сопротивление
Емкость
Индуктивность
Трансформеры
Децибел, дБ
Законы Кирхгофа
Q, добротность
Радиочастотный шум

Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Как работают резистивные датчики — Основы схемотехники

Резистивный датчик — это преобразователь или электромеханическое устройство, которое преобразует механическое изменение, такое как смещение, в электрический сигнал, который можно отслеживать после кондиционирования. Они обычно используются в приборостроении. Самый простой пример — потенциометр.

Факторы, влияющие на сопротивление

Прочность материала зависит от четырех факторов:

  • Площадь поперечного сечения или толщина
  • Длина
  • Температура
  • Проводимость

Исходя из принципа резистивных датчиков, длина проводника прямо пропорциональна сопротивлению проводника и обратно пропорциональна площади проводника .L обозначает длину проводника, A — площадь проводника, а R — сопротивление проводника. ρ — удельное сопротивление, оно постоянно для материала, из которого изготовлен проводник. Таким образом, это представлено уравнением ниже:

где R — сопротивление проводника, A — площадь проводника, l — длина проводника, а ρ — удельное сопротивление проводника.

Если вам нужно изменить сопротивление материала, вы должны изменить значение вышеуказанных факторов.При изменении длины сопротивление изменяется напрямую. Удвоение длины материала также удвоит сопротивление. Однако, если вы удвоите площадь поперечного сечения провода, его удельное сопротивление уменьшится вдвое. Изменение проводимости и температуры не повлияет на удельное сопротивление.

Обнаружение изменений сопротивления с помощью резистивных датчиков

Резистивные датчики обнаруживают изменения сопротивления. На рынке доступны различные датчики, которые учитывают разные факторы при обнаружении сопротивления.

Примеры некоторых основных резистивных датчиков:

Пример светозависимого резистора показан на схеме выше. Он состоит из длинного материала, сопротивление которого изменяется в зависимости от уровня освещенности. В этом примере чем ярче свет, тем ниже сопротивление.

Мы не можем получить сопротивление напрямую, но можем найти его, вычислив напряжение. Нижнее сопротивление остается постоянным. Верхний — датчик. Напряжение делится на резисторы, идущие в двух направлениях.Следовательно, если сопротивление изменится, напряжение будет повышаться и понижаться. Мы можем обнаружить эти изменения сопротивления, используя закон Ома.

Фоторезисторы

Фоторезисторы, также известные как светозависимые резисторы (LDR), являются светочувствительными устройствами. Чаще всего они используются для обозначения наличия или отсутствия света. При слабом освещении сопротивление очень велико и резко падает при воздействии света. Он изготовлен из полупроводника с высоким сопротивлением, поэтому, когда на устройство падает свет достаточно высокой частоты, фотоны, поглощаемые полупроводником, дают связанным электронам достаточно энергии, чтобы перейти в зону проводимости.Когда это происходит, образующийся свободный электрон проводит электричество, снижая сопротивление.

Обозначение фоторезистора в стандарте IEC

Фоторезистор в цепи делителя напряжения

Сопротивление фоторезистора уменьшается по мере увеличения света, падающего на поверхность фоторезистора. Поместив фоторезистор в верхнюю ножку делителя напряжения, выход делителя напряжения увеличивается по мере увеличения интенсивности света.

Термисторы

Термистор — это датчик температуры, сделанный из полупроводникового материала, который выполняет большую модификацию сопротивления пропорционально крошечной низкой модификации температуры.Его можно использовать для создания аналогового выходного напряжения с колебаниями температуры окружающей среды, называемого преобразователем. Это вызывает изменение его электрических свойств из-за внешних и физических изменений тепла.

Термисторы — это твердотельные термочувствительные преобразователи с двумя выводами. Они построены с использованием чувствительных полупроводников на основе оксидов металлов с металлизированными или спеченными соединительными выводами, сформированными в виде керамического диска или валика. Это позволяет термистору изменять свое сопротивление пропорционально небольшим изменениям температуры окружающей среды.Его стойкость зависит от температуры. Если температура изменится, сопротивление термистора будет нестабильным. Термисторы состоят из керамических и полупроводниковых материалов, таких как оксиды марганца, никеля и кобальта.

Типичный термистор

Типы термисторов

  • Отрицательный температурный коэффициент (NTC) — это наиболее распространенный тип термистора, сопротивление которого падает при повышении температуры. Он имеет отрицательную зависимость электрического сопротивления от температуры (R / T).Это означает, что даже небольшие изменения температуры могут вызвать значительные изменения их электрического сопротивления. Это делает их идеальными для точного измерения и контроля температуры.
  • Положительный температурный коэффициент (PTC) имеет сопротивление, которое увеличивается с температурой.

символ NTC

Символ PTC

Делитель напряжения с цепью термистора NTC

Если вы измеряете выходное напряжение на постоянном резисторе R2 в приведенном выше примере, термистор имеет номинальное значение 10 кОм при 25 ° C.