3 Сопротивление
Сопротивлением называется идеализированный двухполюсный элемент цепи, характеризующий потери энергии на нагрев, механическую работу или излучение электромагнитной энергии.Следует заметить, что термин «сопротивление» и соответствующее ему условное обозначение R применяются в электротехнике и радиотехнике для элемента, в котором происходит необратимый процесс поглощения электромагнитной энергии, и для количественной оценки величины, равной отношению напряжения на данном элементе цепи к току, проходящему через него
.Для обозначения
физически существующего элемента
используется термин резистор.
Здесь предполагается, что положительные
направления тока и напряжения совпадают;
при этом знаки u и i
одинаковы и R >
0. Величина g = 1/R,
обратная сопротивлению, называется
проводимостью. В системе СИ
сопротивление R
измеряется в омах (Ом), а проводимость
g
в сименсах (Сим). Формула (1.1) выражает
закон Ома, экспериментально установленный
Омом в 1826 г. Условное графическое
изображение сопротивления с указанием
выбранных положительных направлений
тока и напряжения приведено на рисунке
1.2.
Мгновенная
мощность, поступающая в сопротивление,
равна произведению мгновенных значений
напряжения и тока
.
Следовательно, параметр R может быть численно определен как отношение мгновенной мощности к квадрату мгновенного значения тока, проходящего через сопротивление
.
Электрическая энергия, поступившая в сопротивление и превращенная в тепло, начиная с некоторого момента времени, например t = 0, до рассматриваемого момента t, равна
.
В случае постоянного
тока (i
= I
= const),
.
Превращение всей электрической энергии WR в тепловую впервые было доказано опытным путем Джоулем и Ленцем.
Выделение током теплоты было впервые использовано для целей освещения А. Н. Лодыгиным, создавшим в 1873 г. лампу накаливания (Эдисон изобрел лампу накаливания в 1879 г., после Лодыгина). Оно целенаправленно используется в технике – электронагревательных приборах и т. п. К вредным последствиям теплового действия тока относятся потери электрической энергии в проводах, машинах, аппаратах, порча изоляции проводов от нагрева и т. д.
Параметр R в общем случае зависит от тока i (например, вследствие нагрева резистора током). Зависимость напряжения на резисторе от тока, проходящего через данный резистор, называется вольт-амперной характеристикой, которая в общем случае нелинейна.
Если значение сопротивления R не зависит от величины и направления тока, то имеет место прямая пропорциональность между напряжением и током, выражающая закон Ома. В этом случае сопротивление называется линейным. На рисунке 1.3 показаны вольт-амперные характеристики резистора нелинейная (кривая а) и линейная (прямая б). В этом разделе рассматриваются линейные резисторы.
Очевидно, величина линейного сопротивления R пропорциональна тангенсу угла наклона прямолинейной вольт-амперной характеристики к оси тока
,
где mu и mi масштабы напряжения (В/мм) и тока (А/мм) на чертеже.