1.4. Резистивные элементы

Столкновения свободных электронов в проводниках с атомами кристаллической решетки тормозят их поступательное (дрейфовое) движение. Частота таких столкновений зависит от структуры и свойств материала. Это противодействие направленному движению свободных электронов, т. е. постоянному току, составляет физическую сущность сопротивления проводника. Аналогично можно пояснить возникнове­ние механизма сопротивления постоянному току в электролитах и газах.

Электротехническое устройство, обладающее сопротивлением и применяемое для ограничения тока, называется резистором. Регу­лируемый резистор называется реостатом. Например, на рис. 1.6 показан проволочный реостат со скользящим контактом. Условные обозначения различных типов резисторов даны в табл. 1.1.

Идеализированные модели резисторов называются резистивными элементами. Условное обозначение резистивных элементов приведено на рис. 1.5. Оно применяется при составлении схем замещения электрических цепей и их расчетах.

Таблица 1.1. Условные графические обозначения для резисторов

Наименование	Обозначение
Резистор постоянный
То же с отводами
Резистор переменный (реостат):
Общее обозначение
С разрывом цепи
Без разрыва цепи
Резистор переменный (реостат) со ступенчатым регулированием
Резистор, саморегулирующийся нелинейно, например в зависимости от параметра внешней среды

Сопротивление г — параметр резистивного элемента. Основной единицей измерения сопротивления в системе СИ служит ом (Ом). Сопротивление проводника равно 1 Ом, если при токе 1А напряжение между концами (выводами) провод­ника равно I В. Часто встречаются и кратные единицы измерения сопротивления, например килоом (кОм), I кОм = 1*10³ Ом, и мегаом (МОм), I МОм - 1 – 10⁶ Ом.

Для характеристики проводящих свойств различных материалов вводится понятие объемного удельного сопротивления. Объемное удельное сопротивление ру равно сопротивлению между гранями ' куба с ребром I м, изготовленного из данного материала.

Рис1.6

Так как сопротивление проводника пропорционально его удельному сопротивлению и длине проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника, то единицей удельного сопротивления является 1 Ом-1 м^а ; 1 м — 1 Ом-м.

Провода электрических линий передач и катушек относительно длинны, а сечение их относительно мало. По этой причине под удельным сопротивлением р материалов для таких электротехнических устройств подразумевают сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм^а, т. е. удельное сопротивление измеряется р Ом-мм^г/м или, что то же самое, мкОм-м (табл. 1.2).

Таблица 1.3. Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления некоторых проводниковых материалов

Наименование материала	Удельное сопро­тивление при 20 "С, мкОи-и	Температурный коэффициент сопротивления (но I °С)
Серебро Медь техническая Алюминий Сталь Железо Чугун Свинец Вольфрам Уголь Мамганин (сплав, например для катушек сопротивления и измерительных при-	0,016 0,0172—0,0182 0,0295 0,125—0,146 0,09—0,11 0,15 0,218—0,222 0,0503 10-60 0,40—0,52	0,0035 0,0041 0,0040 0,0057 0,0060 0,001 0,0039 0,0048 —0,005 0,00003
боров)
Константин Нихром [сплав, например для электро-	0,44 1,02—1,12	0,00005 0,0001
нагревательных приборов (Сг — 20%,
№-80%)]

Величина, обратная объемному удельному сопротивлению на­зывается объемной удельной проводимостью: у_к = 1/р_к

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью-1/г. Основной единицей измерения проводимости в системе СИ служит сименс (См), 1 См = 1 Ом"¹, а единицей удельной проводи­мости является См/м.

Теория электропроводности утверждает, что основным препят­ствием дрейфу свободных электронов в проводниках являются ко­леблющиеся атомы, расположенные в узлах кристаллической решет­ки, а не атомы как таковые. Это обусловливает зависимость удель­ного сопротивления, а следовательно, и сопротивления проводника постоянному току от температуры. В общем случае наблюдается до­статочно сложная зависимость. Но при изменениях температуры в относительно узких пределах (примерно 200 °С) ее можно выразить формулой

r₂₌r₁(1+a(Q₂-Q₁))

где r_{1 и} r₂ — сопротивления соответственно при температурах Q_1и Q₂; а — температурный коэффициент сопротивления, равный от­носительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 ⁰С (табл. 1.2).

У большинства чистых металлов температурный коэффициент со­противления положителен, а у электролитов и изделий из графита — отрицателен. Температурный коэффициент сопротивления сплавов, применяемых для изготовления резисторов с постоянным сопротивле­нием (главным образом для измерительных устройств и приборов), близок к нулю. Таким свойством обладает медно-ннкелево-марган­цевый сплав — манганин (85 % Си, 12 % Мп, 3 % N1)

Если зависимость сопротивления резистивного элемента от тока невелика и ею можно пренебречь, то резистивный элемент обладает линейным сопротивлением г = сопз1. Если зависи­мостью сопротивления резистивного элемента от тока пренебречь нельзя, то такой резистивный элемент обладает нелинейным сопротивлением r(/).

Для резистивного элемента с сопротивлением г ток и напряжение связаны простым соотношением —законам Ома. При одинаковых положительных направлениях тока и напряжения (см. рис. 1.5)

U_ab=rI_ab или U=rI