- Вступ
- визначення
- Закон Ома
- Одиниці виміру
- Історична довідка
- Фізика явища в металах і її застосування
- Фізика явища в напівпровідниках і її застосування
- Фізика явища в газах і її застосування
- Фізика явища в електролітах і її застосування
- Фізика явіща в діелектріках и ее! Застосування
- Резистори: їх призначення, застосування і вимір
- Кольорове маркування резисторів
- Вимірювання резисторів
Наша сеть партнеров Banwar
Нагрітий до 800 ° C резистивний нагрівальний елемент.
Вступ
визначення
Закон Ома
Одиниці виміру
Історична довідка
Фізика явища в металах і її застосування
Фізика явища в напівпровідниках і її застосування
Фізика явища в газах і її застосування
Фізика явища в електролітах і її застосування
Фізика явища в діелектриках і її застосування
Резистори: їх призначення, застосування і вимір
Кольорове маркування резисторів
Вимірювання резисторів
Вступ
Резистори на цій платі з блоку живлення обведені червоними прямокутниками і складають половину її елементів
Терміну опір в деякому відношенні пощастило більше, ніж іншим фізичним термінам: ми з раннього дитинства знайомимося з цією властивістю навколишнього світу, освоюючи середу проживання, особливо коли тягнемося до придивилася іграшці в руках іншої дитини, а він чинить опір цьому. Цей термін нам інтуїтивно зрозумілий, тому в шкільні роки під час уроків фізики, знайомлячись з властивостями електрики, термін електричний опір не викликає у нас здивування і його ідея сприймається досить легко.
Число вироблених в світі технічних реалізацій електричного опору - резисторів - не піддається обчисленню. Досить сказати, що в найбільш поширених сучасних електронних пристроях - мобільних телефонах, смартфонах, планшетах і комп'ютерах - число елементів може досягати сотень тисяч. За статистикою резистори складають понад 35% елементів електронних схем, а, з огляду на масштаби виробництва подібних пристроїв в світі, ми отримуємо запаморочливу цифру в десятки трильйонів одиниць. Нарівні з іншими пасивними радіоелементами - конденсаторами і котушками індуктивності, резистори лежать в основі сучасної цивілізації, будучи одним з китів, на яких покоїться наш звичний світ.
Кабелі повинні володіти якомога меншою електричним опором
визначення
Електричний опір - це фізична величина, що характеризує деякі електричні властивості матерії перешкоджати вільному, без втрат, проходженню електричного струму через неї. У термінах електротехніки електричний опір є характеристика електричного кола в цілому або її ділянки перешкоджати протіканню струму і рівна, при постійному струмі, відношенню напруги на кінцях ланцюга до сили струму, що протікає по ній.
Електричний опір пов'язано з передачею або перетворенням електричної енергії в інші види енергії. При незворотному перетворенні електричної енергії в теплову, ведуть мову про активний опір. При оборотному перетворенні електричної енергії в енергію магнітного або електричного поля, якщо в ланцюзі тече змінний струм, говорять про реактивному опорі. Якщо в ланцюзі переважає індуктивність, говорять про індуктивному опорі, якщо ємність - про ємкісному опорі.
Опір (активний і реактивний) для ланцюгів змінного струму описується поняттям імпедансу, а для змінних електромагнітних полів - хвильовим опором. Опором іноді не зовсім правильно називають його технічну реалізацію - резистор, тобто радіодеталей, призначену для введення в електричні ланцюги активного опору.
Закон Ома
Опір позначається буквою R або r і вважається, в певних межах, постійною величиною для даного провідника; її можна розрахувати як
Закон Ома
де
R - опір, Ом;
U - різниця електричних потенціалів (напруга) на кінцях провідника, В;
I - сила струму, що протікає між кінцями провідника під дією різниці потенціалів, А.
Ця формула називається законом Ома, на ім'я німецького фізика, який відкрив цей закон. Важливу роль в розрахунку теплового ефекту активного опору грає закон про виділеної теплоти при проходженні електричного струму через опір - закон Джоуля-Ленца:
де
Q - кількість виділеної теплоти за проміжок часу t, Дж;
I - сила струму, А;
R - опір, Ом;
t - час протікання струму, сек.
Георг Симон Ом
Одиниці виміру
Основною одиницею виміру електричного опору в системі СІ є Ом і його похідні: килоом (кОм), мегаом (МОм). Співвідношення одиниць опору системи СІ з одиницями інших систем ви можете знайти в нашому конвертері одиниць виміру.
Історична довідка
Першим дослідником явища електричного опору, а, згодом, і автором знаменитого закону електричного кола, названого потім його ім'ям, став видатний німецький фізик Георг Симон Ом. Опублікований в 1827 році в одній з його робіт, закон Ома зіграв визначальну роль в подальшому дослідженні електричних явищ. На жаль, сучасники не оцінили його дослідження, як і багато інших його роботи в області фізики, і, за розпорядженням міністра освіти за опублікування результатів своїх досліджень в газетах він навіть був звільнений з посади викладача математики в Кельні. І тільки в 1841 році, після присвоєння йому Лондонським королівським товариством на засіданні 30 листопада 1841 році медалі Коплі, до нього нарешті приходить визнання. З огляду на заслуги Георга Ома, в 1881 р на міжнародному конгресі електриків в Парижі було вирішено назвати його ім'ям тепер загальноприйняту одиницю електричного опору ( «один ом»).
Фізика явища в металах і її застосування
За своїми властивостями відносної величини опору, всі матеріали поділяються на провідники, напівпровідники і ізолятори. Окремим класом виступають матеріали, що мають нульове або близьке до такого опір, так звані надпровідники. Найбільш характерними представниками провідників є метали, хоча і у них опір може змінюватися в широких межах, в залежності від властивостей кристалічної решітки.
За сучасними уявленнями, атоми металів об'єднуються в кристалічну решітку, при цьому з валентних електронів атомів металу утворюється так званий «електронний газ».
Перегорання нитки лампи розжарювання в повітрі
Щодо малий опір металів пов'язано саме з тією обставиною, що в них є велика кількість носіїв струму - електронів провідності - належать всьому ансамблю атомів даного зразка металу. Виникає при додатку зовнішнього електричного поля, струм в металі є впорядкований рух електронів. Під дією поля електрони прискорюються і набувають певний імпульс, а потім стикаються з іонами решітки. При таких зіткненнях, електрони змінюють імпульс, частково втрачаючи енергію свого руху, яка перетворюється у внутрішню енергію кристалічної решітки, що і призводить до нагрівання провідника при проходженні по ньому електричного струму. Необхідно зауважити, що опір зразка металу або сплавів металів даного складу залежить від його геометрії, і не залежить від напрямку прикладеного зовнішнього електричного поля.
Подальше додаток все більш сильного зовнішнього електричного поля призводить до наростання струму через метал і виділенню все більшої кількості тепла, яке, в кінцевому підсумку, може призвести до розплавлення зразка. Це властивість застосовується в дротяних запобіжниках електричних ланцюгів. Якщо температура перевищила певну норму, то дріт розплавляється, і перериває електричне коло - по ній більше не може текти струм. Температурну норму забезпечують, вибираючи матеріал для дроту по його температурі плавлення. Прекрасний приклад того, що відбувається з запобіжниками, дає досвід зйомки перегорання нитки розжарення в звичайній лампі розжарювання.
Найбільш типовим застосуванням електричного опору є застосування його в якості тепловиділяючого елемента. Ми користуємося цією властивістю при готуванні і підігріві їжі на електроплитках, випіканні хліба і тортів в електропечах, а також при роботі з електрочайниками, кавоварками, пральними машинами і електропрасками. І зовсім не замислюємося, що своїм комфортом в повсякденному житті ми знову ж повинні бути вдячні електричному опору: включаємо чи бойлер для душа, або електричний камін, або кондиціонер в режим підігріву повітря в приміщенні - у всіх цих пристроях обов'язково присутній нагрівальний елемент на основі електричного опору.
У промисловому застосуванні електричний опір забезпечує приготування харчових напівфабрикатів (сушка), проведення хімічних реакцій при оптимальній температурі для отримання лікарських форм і навіть при виготовленні абсолютно прозаїчних речей, на кшталт поліетиленових пакетів різного призначення, а також при виробництві виробів з пластмас (процес екструдування).
Фізика явища в напівпровідниках і її застосування
У напівпровідниках, на відміну від металів, кристалічна структура утворюється за рахунок ковалентних зв'язків між атомами напівпровідника і тому, на відміну від металів, в чистому вигляді вони мають значно більше високий електричний опір. Причому, якщо говорять про напівпровідниках, зазвичай згадують не спротив, а власну провідність.
Мікропроцесор і відеокарта
Привнесення в напівпровідник домішок атомів з великим числом електронів на зовнішній оболонці, створює Донорно провідність n-типу. При цьому «зайві» електрони стають надбанням всього ансамблю атомів в даному зразку напівпровідника і його опір знижується. Аналогічно привнесення в напівпровідник домішок атомів з меншим числом електронів на зовнішній оболонці, створює акцепторну провідність р-типу. При цьому «відсутні» електрони, звані «дірками», стають надбанням всього ансамблю атомів в даному зразку напівпровідника і його опір також знижується.
Найцікавіший випадок сполуки областей напівпровідника з різними типами провідності, так званий pn перехід. Такий перехід має унікальну властивість анізотропії - його опір залежить від напрямку прикладеного зовнішнього електричного поля. При включенні «замикаючого» напруги, прикордонний шар pn переходу збіднюється носіями провідності і його опір різко зростає. При подачі «відкриває» напруги в прикордонному шарі відбувається рекомбінація носіїв провідності в прикордонному шарі і опір pn переходу різко знижується.
На цьому принципі побудовані найважливіші елементи електронної апаратури - випрямні діоди. На жаль, при перевищенні певного струму через pn перехід, відбувається так званий тепловий пробій, при якому як донорні, так і акцепторні домішки переміщуються через pn перехід, тим самим руйнуючи його, і прилад виходить з ладу.
Головний висновок про опір pn переходів полягає в тому, що їх опір залежить від напрямку прикладеного електричного поля і носить нелінійний характер, тобто не підкоряється закону Ома.
Дещо інший характер носять процеси, що відбуваються в МОП-транзисторах (Метал-Оксид-Напівпровідник). У них опором каналу витік-стік управляє електричне поле відповідної полярності для каналів p- і n-типів, що створюється затвором. МОП-транзистори майже виключно використовуються в режимі ключа - «відкритий-закритий» - і складають переважну кількість електронних компонентів сучасної цифрової техніки.
Незалежно від виконання, всі транзистори по своїй фізичній суті представляють собою, в певних межах, безінерційні керовані електричні опори.
У ксеноновим лампі-спалаху (обведена червоною лінією) спалах відбувається після іонізації газу в результаті зменшення його електричного опору
Фізика явища в газах і її застосування
У звичайному стані гази є відмінними діелектриками, оскільки в них є дуже мале число носіїв заряду - позитивних іонів і електронів. Це властивість газів використовується в контактних вимикачах, повітряних лініях електропередач і в повітряних конденсаторах, так як повітря являє собою суміш газів і його електричний опір дуже велике.
Так як газ має іонно-електронну провідність, при додатку зовнішнього електричного поля опір газів спочатку повільно падає через іонізації все більшого числа молекул. При подальшому збільшенні напруги зовнішнього поля виникає тліючий розряд і опір переходить на більш круту залежність від напруги. Це властивість газів використовувалася раніше в газонаповнених лампах - стабисторов - для стабілізації постійної напруги в широкому діапазоні струмів. При подальшому зростанні прикладеної напруги, розряд в газі переходить в коронний розряд з подальшим зниженням опору, а потім і в іскровий - виникає маленька блискавка, а опір газу в каналі блискавки падає до мінімуму.
Властивість газів світитися при протіканні через них струму в режимі тліючого розряду використовується для оформлення неонових реклам, індикації змінного поля і в натрієвих лампах. Те ж властивість, тільки при світінні парів ртуті в ультрафіолетовій частині спектру, забезпечує роботу і енергозберігаючих ламп. У них світловий потік видимого спектру виходить в результаті перетворення ультрафіолетового випромінювання флуоресцентним люмінофором, яким покриті колби ламп. Опір газів точно так же, як і в напівпровідниках, носить нелінійний характер залежності від прикладеного зовнішнього поля і так же не підкоряється закону Ома.
Фізика явища в електролітах і її застосування
Опір провідних рідин - електролітів - визначається наявністю і концентрацією іонів різних знаків - атомів або молекул, які втратили або приєднатися електрони. Такі іони при нестачі електронів називаються катіонами, при надлишку електронів - аніонами. При додатку зовнішнього електричного поля (приміщенні в електроліт електродів з різницею потенціалів) катіони і аніони приходять в рух; фізика процесу полягає в розрядці або зарядці іонів на відповідному електроді. При цьому на аноді аніони віддають зайві електрони, а на катоді катіони отримують відсутні.
Гальванічне покриття хромом пластмасовою душовою головки. На внутрішній стороні, не покритій хромом, видно тонкий червоний шар міді.
Істотною відмінністю електролітів від металів, напівпровідників і газів є переміщення речовини в електролітах. Це властивість широко використовується в сучасній техніці і медицині - від очищення металів від домішок (рафінування) до впровадження лікарських засобів в хвору область (електрофорез). Блискучою сантехніці наших ванн і кухонь ми зобов'язані процесам гальваностегії - нікелюванню і хромування. Зайве згадувати, що якість покриття досягається саме завдяки управлінню опором розчину і його температурою, а також багатьма іншими параметрами процесу осадження металу.
Оскільки людське тіло з точки зору фізики є електроліт, стосовно питань безпеки істотну роль відіграє знання про опір тіла людини протіканню електричного струму. Хоча типове значення опору шкіри становить близько 50 кОм (слабкий електроліт), воно може варіюватися в залежності від психоемоційного стану конкретної людини і умов навколишнього середовища, а також площі контакту шкіри з провідником електричного струму. При стресі і хвилюванні або при знаходженні в некомфортних умовах воно може значно знижуватися, тому для розрахунків опору людини в техніці безпеки прийнято значення 1 кОм.
Цікаво, що на основі вимірювання опору різних ділянок шкіри людини, заснований метод роботи поліграфа - «детектора» брехні, який, поряд з оцінкою багатьох фізіологічних параметрів, визначає, зокрема, відхилення опору від поточних значень при ставленні випробуваному «незручних» запитань. Правда цей метод обмежено застосуємо: він дає неадекватні результати при застосуванні до людей з нестійкою психікою, до спеціально навченим агентам або до людей з аномально високим опором шкіри.
У відомих межах до току в електролітах застосуємо закон Ома, однак, при перевищенні зовнішнього прикладеного електричного поля деяких характерних для даного електроліту значень, його опір також носить нелінійний характер.
Фізика явіща в діелектріках и ее! Застосування
Опір діелектріків дуже високо, и це якість широко вікорістовується у фізіці и техніці при застосуванні їх в якості ізоляторів. Ідеальнім діелектріком є вакуум І, здавалось б, про Який Опір в вакуумі может йти мова? Однак, завдяки одній з робіт Альберта Ейнштейна про роботу виходу електронів з металів, яка незаслужено обійдена увагою журналістів, на відміну від його статей по теорії відносності, людство отримало доступ до технічної реалізації величезного класу електронних приладів, що ознаменували зорю радіоелектроніки, і до цього дня справно службовців людям.
Магнетрон 2М219J, встановлений у побутовій мікрохвильовій печі
Згідно Ейнштейну, будь проводить матеріал оточений хмарою електронів, і ці електрони, при додатку зовнішнього електричного поля, утворюють електронний промінь. Вакуумні двохелектродні прилади мають різним опором при зміні полярності прикладеної напруги. Раніше вони використовувалися для випрямлення змінного струму. Трьох- і більш електродні лампи використовувалися для посилення сигналів. Тепер вони витіснені більш вигідними з енергетичної точки зору транзисторами.
Однак залишилася область застосування, де прилади на основі електронного променя абсолютно незамінні - це рентгенівські трубки, що застосовуються в радіолокаційних станціях магнетрони і інші електровакуумні прилади. Інженери і до цього дня вдивляються в екрани осцилографів з електронно-променевими трубками, визначаючи характер що відбуваються фізичних процесів, лікарі не можуть обійтися без рентгенівських знімків, і всі ми щодня користуємося мікрохвильовими печами, в яких стоять СВЧ-випромінювачі - магнетрони.
Оскільки характер провідності у вакуумі носить тільки електронний характер, опір більшості електровакуумних приладів підкоряється закону Ома.
Резистори поверхневого монтажу
Резистори: їх призначення, застосування і вимір
Змінний регулювальний резистор
Резистор (англ. Resistor, від лат. Resisto - пручаюся) - елемент електричного кола, призначений для використання його в якості електричного опору. Крім цього, резистори, будучи технічною реалізацією електричного опору, також характеризуються паразитного ємністю, паразитної індуктивністю і нелінійністю вольт-амперної характеристики.
Резистор - електронний прилад, необхідний у всіх електронних схемах. За статистикою, 35% будь-радіосхеми складають саме резистори. Звичайно, можна спробувати вигадати схему без резисторів, але це будуть лише ігри розуму. Практичні електричні та електронні схеми без резисторів немислимі. З точки зору інженера-електрика будь-який прилад, що володіє опором, може називатися резистором незалежно від його внутрішнього устрою і способу виготовлення. Яскравим прикладом тому служить історія з катастрофою дирижабля «Італія» полярного дослідника Нобіле. Радистові експедиції вдалося відремонтувати радіостанцію і подати сигнал лиха, замінивши зламаний резистор грифелем олівця, що, в кінцевому підсумку, і врятувало експедицію.
10-ватний керамічний резистор
Резистори є елементами електронної апаратури і можуть застосовуватися в якості дискретних компонентів або складових частин інтегральних мікросхем. Дискретні резистори класифікуються за призначенням, виду вольтамперної характеристики, за способом захисту і за способом монтажу, характером зміни опору, технологіями виготовлення і розсіюється теплової енергії. Позначення резистора в схемах наведено на малюнку нижче:
Резистори можна з'єднувати послідовно і паралельно. При послідовному з'єднанні резисторів загальний опір кола дорівнює сумі опорів всіх резисторів:
При паралельному з'єднанні резисторів їх загальний опір кола дорівнює
За призначенням резистори діляться на:
- резистори загального призначення;
- резистори спеціального призначення.
За характером зміни опору резистори діляться на:
За способом монтажу:
- для друкованого монтажу;
- для навісного монтажу;
- для мікросхем та мікромодулів.
По виду вольт-амперної характеристики:
Кольорове маркування резисторів
Залежно від габаритів і призначення резисторів, для позначення їх номіналів застосовуються цифро-символьний маркування або маркування кольоровими смужками для резисторів навісного або друкованого монтажу. Символ в маркуванні може грати роль коми в позначенні номіналу: для позначення Ом застосовуються символи R і E, для килоом - символ К, для мегаом - символ М. Наприклад: 3R3 означає номінал в 3,3 Ом, 33Е = 33 Ом, 4К7 = 4,7 кОм, М56 = 560 кОм, 1М0 = 1,0 Мом.
Кольорове маркування резисторів
Вимірювання опору резистора за допомогою мультиметра
Для малогабаритних резисторів навісного монтажу і друкованого застосовується маркування кольоровими смужками за наявними таблицями. Щоб не ритися в довідниках, в Інтернеті можна знайти безліч різних програм для визначення номіналу резистора.
Резистори для поверхневого монтажу (SMD) маркуються трьома або чотирма цифрами або трьома символами, в останньому випадку номінал теж визначається по таблиці або за спеціальними програмами.
Вимірювання резисторів
Найбільш універсальним і практичним методом визначення номіналу резистора і його справності є безпосереднє вимірювання його опору вимірювальним приладом. Однак при вимірі безпосередньо в схемі слід пам'ятати, що її харчування має бути відключено і що вимір буде неточним.
література
Автор статті: Сергій Акішкін
Ві маєте Труднощі в перекладі одиниці віміру з однієї мови на іншу? Колеги Готові вам помочь. Опублікуйте питання в TCTerms и в течение декількох хвилин ви отрімаєте відповідь.
Ідеальнім діелектріком є вакуум І, здавалось б, про Який Опір в вакуумі может йти мова?