1.2 Резистивные элементы

В резистивных элементах (резисторах) электрическая энергия необ- ратимо преобразуется в другие виды энергии. Примеры резистивных эле- ментов – лампы накаливания (электрическая энергия необратимо преобра- зуется в световую и тепловую энергии), нагревательные элементы (элек- трическая энергия необратимо преобразуется в тепловую), электродвига- тели (электрическая энергия необратимо преобразуется в механическую и тепловую энергии) и др.

Основной характеристикой резистивного элемента является его вольт-амперная характеристика (ВАХ).

где U – напряжение, В;

_{I – сила тока, А.}

U  f (I ) , (1.1)

Если эта зависимость линейная, то резистивный элемент называется линейным и выражение (1.1) имеет вид, известный как закон Ома:

U  RI , (1.2)

где R – сопротивление резистора, Ом.

Однако во многих случаях ВАХ резисторов является нелинейной.

Для многих резисторов (нагревательные спирали, реостаты и др.) нелиней- ность ВАХ объясняется тем, что эти элементы – металлические проводни- ки и электрический ток в них – есть ток проводимости (направленное дви- жение – “дрейф” свободных электронов).

Дрейфу электронов препятствуют (оказывают сопротивление) ко-

леблющиеся атомы, амплитуда колебаний которых определяется темпера-

турой проводника (температура – мера кинетической энергии атомов).

При протекании тока, свободные электроны сталкиваются с атомами и еще более раскачивают их. Следовательно, температура проводника воз- растает, отчего увеличивается и его сопротивление R. Таким образом, со-

_{противление R зависит от тока R }

_{f ( I ) и ВАХ нелинейна (рисунок 1.1).}

При изменении температуры в небольших пределах сопротивление проводника выражается формулой

R  R₀ 1   T − T₀ , (1.3)

где R₀, R – сопротивления проводников при температуре Т₀, Т, Ом;

86

Т₀ – начальная температура проводника, К;

Т – конечная температура проводника, К;

_{ − температурный коэффициент сопротивления.}

U

R=f(I)

_а

б

_R=f(I) ^{R=f(I) в}

I

Рисунок 1.1 – Общий вид ВАХ металлического (а), полупроводнико- вого (б), и константанового (в) резистивных элементов.

У большинства чистых металлов  >0, что означает, что с повыше-

нием температуры сопротивление металлов увеличивается.

У электролитов, изделий из графита и полупроводников  <0 (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления некоторых материалов

Наименование материала	Удельное сопротивление при 20 0С, мкОм м	Температурный коэффициент сопротивления, 1/0К
Медь Алюминий Сталь Вольфрам Уголь Манганин (Cu–80 %, Mn–12 %, Ni–3 %) Константан Нихром (Cr-20 %, Ni-80 %) Полупроводники (Si, Ge)	0,0172-0,0182 0,0295 0,125-0,146 0,0508 10-60 0,4-0,52 0,44 1,02-1,12 1,0-14	0,0041 0,0040 0,0057 0,0048 -0,005 3⋅10-5 5⋅10-5 0,0001 -(0,2-0,8)

В таблице 1.2 приведены условные графические обозначения резистивных элементов.

87

_{Таблица 1.2 – Условные обозначения резисторов}

Наименование	Обозначение
Резистор постоянный (линейная ВАХ) Резистор переменный: общее обозначение с разрывом цепи без разрыва цепи Резистор нелинейный (нелинейная ВАХ)

Для характеристики проводящих свойств различных материалов су-

_{ществует понятие объемного удельного электрического сопротивления.}

^{Объемное удельное электрическое сопротивление }_V

данного материала

равно сопротивлению между гранями куба с ребром 1 м в соответствии с формулой:

_{ } ^{R ⋅ S} _{, (1.4)}

^V l

где S – площадь поперечного сечения проводника, м²;

l – длина проводника, м.