Как работает сопротивление. Сопротивление электрическому току: принцип работы и виды резисторов

Что такое электрическое сопротивление и как оно работает. Как устроены резисторы и какие бывают их виды. Как размер и материал резистора влияют на его сопротивление. Как рассчитать сопротивление по цветовой маркировке.

Что такое электрическое сопротивление и как оно работает

Электрическое сопротивление — это свойство материала противодействовать прохождению электрического тока. Оно измеряется в омах (Ом) и определяется по закону Ома:

R = U / I

где R — сопротивление, U — напряжение, I — сила тока.

Сопротивление зависит от следующих факторов:

• Материал проводника — металлы имеют низкое сопротивление, диэлектрики — высокое
• Длина проводника — чем длиннее, тем выше сопротивление
• Площадь поперечного сечения — чем толще проводник, тем ниже сопротивление
• Температура — с ростом температуры сопротивление металлов увеличивается

Таким образом, сопротивление определяет, насколько легко электрический ток будет проходить через материал или компонент цепи. Чем выше сопротивление, тем сложнее току преодолеть его.

Устройство и принцип работы резисторов

Резистор — это электронный компонент, предназначенный для создания определенного сопротивления в электрической цепи. Основные типы резисторов:

• Проволочные — сопротивление создается намоткой проволоки на керамический сердечник
• Пленочные — тонкая пленка резистивного материала наносится на керамическую основу
• Композитные — резистивный материал смешивается со связующим веществом

Принцип работы резистора основан на преобразовании электрической энергии в тепловую за счет столкновения электронов с атомами материала. Чем выше сопротивление, тем больше энергии рассеивается в виде тепла.

Как размер и материал резистора влияют на его сопротивление

Сопротивление резистора зависит от следующих параметров:

• Длина проводящего элемента — чем он длиннее, тем выше сопротивление
• Площадь поперечного сечения — чем она меньше, тем выше сопротивление
• Удельное сопротивление материала — у разных веществ оно различается

Для проволочных резисторов сопротивление можно рассчитать по формуле:

R = ρL / S

где ρ — удельное сопротивление, L — длина проводника, S — площадь сечения.

Таким образом, изменяя геометрические размеры и материал резистивного элемента, можно получить требуемое сопротивление.

Виды резисторов и их применение

Основные виды резисторов:

• Постоянные — имеют фиксированное сопротивление
• Переменные — сопротивление можно менять в процессе работы
• Подстроечные — для точной настройки схем
• Термисторы — сопротивление зависит от температуры
• Фоторезисторы — сопротивление зависит от освещенности

Резисторы применяются для:

• Ограничения тока в цепи
• Деления напряжения
• Создания RC-цепей
• Согласования импедансов
• Измерения тока и напряжения

Правильный выбор типа и номинала резистора важен для корректной работы электронных устройств.

Как рассчитать сопротивление резистора по цветовой маркировке

На корпусе резисторов наносится цветовая маркировка, позволяющая определить номинальное сопротивление. Цветные полоски обозначают цифры и множитель:

• 1-я и 2-я полоски — первые две цифры
• 3-я полоска — множитель
• 4-я полоска — допуск

Цвета кодируются следующим образом:

• Черный — 0
• Коричневый — 1
• Красный — 2
• Оранжевый — 3
• Желтый — 4
• Зеленый — 5
• Синий — 6
• Фиолетовый — 7
• Серый — 8
• Белый — 9

Например, красный-фиолетовый-оранжевый-золотой означает 27 кОм ±5%.

Применение резисторов в электронных схемах

Резисторы широко используются в электронике для решения различных задач:

• Ограничение тока через светодиоды и другие компоненты
• Создание делителей напряжения для измерений и питания
• Формирование RC-цепей для фильтрации сигналов
• Согласование импедансов в высокочастотных схемах
• Создание обратной связи в усилителях

Без резисторов невозможно построение большинства электронных устройств. Правильный выбор номиналов и типов резисторов критически важен для корректной работы схем.

Как правильно выбрать резистор для электронной схемы

При выборе резистора для конкретной схемы необходимо учитывать следующие параметры:

• Номинальное сопротивление — должно соответствовать расчетному значению
• Допустимая мощность рассеивания — не менее расчетной для схемы
• Допуск — точность номинала должна быть достаточной
• Температурный коэффициент — для стабильной работы при изменении температуры
• Рабочее напряжение — не ниже максимального в схеме

Также важно учитывать тип резистора, частотные свойства, уровень шумов и другие характеристики в зависимости от применения. Правильный выбор обеспечит надежную работу устройства.

Как работают термометры сопротивления. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

Измерение температуры — один из самых распространенных и важных параметров, контролируемых в любом технологическом процессе. И это не случайно, так как перегрев производственных систем грозит самыми разрушительными последствиями.

В целом, температуру измеряют различными способами, контактным и бесконтактным методами, при помощи термометров.

С особенностями использования термоэлектрических термометров или термопар вы можете ознакомиться в других наших статьях. В этом материале рассмотрим, как устроены термометры сопротивления, на какие типы подразделяются, когда целесообразней использовать тот или иной вид ТС.

Принцип работы термопреобразователей сопротивления отражен в названии датчиков и основан на методе изменения электрического сопротивления в металлах, согласно которому, электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот.

Металлические проводники термометров сопротивления должны удовлетворять следующим условиям:

• Стабильность градуировочной характеристики;
• Взаимозаменяемость, то есть возможность замены вышедшего из строя датчика на аналогичный без повторной юстировки системы;
• Нечувствительность к малым примесям;
• Наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры;
• Высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления;
• Большое удельное сопротивление;
• Невысокая стоимость материала.

Известно, что чем чище металл, тем более он соответствует указанным требованиям. Поэтому самыми распространенными металлами для изготовления термометров сопротивления являются платина Pt и медь Cu.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 6651-94 «Термопреобразователи сопротивления. Общие технические условия» выделяет три типа термопреобразователей сопротивления.

Тип термопреобразователя	Номинальное сопротивление R0 при 0°C	Условное обозначение  градуировочной характеристики		Диапазон измеряемых  температур
		РФ	Международная
Термометр сопротивления платиновый ТСП	1 Ом 10 Ом 50 Ом 100 Ом 500 Ом	1П 10П 50П 100П 500П	Pt1 Pt10 Pt50 Pt100 Pt500	-200…+850°С
Термометр сопротивления медный ТСМ	1 Ом 10 Ом 50 Ом 100 Ом	1П 10П 50П 100П	Cu1 Cu10 Cu50 Cu100	-200…+200°С
Термометр сопротивления никелевый ТСН	100 Ом	100Н	Ni100	-60…+180°С

Конструктивно термометры сопротивления состоят из чувствительного элемента (ТСП – платиновый, ТСМ – медный, ТСН — никелевый) и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, а также внешних клемм и выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.

Выпускается большое количество исполнений ТС. Бывают термометры сопротивления с двумя одинаковыми чувствительными элементами для подключения к двум отдельным вторичным приборам, установленным в разных местах.

На рисунке представлен один из вариантов конструкции термопреобразователя.

1 — фарфоровый изолятор; 2, 3 — штуцер; 4 — головка; 5 — прокладка; 6 — крышка; 7 — контактная клемма; 8 — контакт для подсоединения измерительного прибора; 9 — компаунд; 10 – защитная гильза; 11 — окись алюминия; 12 — чувствительный элемент

 

Разнообразие исполнений термопреобразователей сопротивления под любые задачи представлено на сайте td-etalon.com

ТСМ-9620	Тип датчика температуры: ТСМ Номинальная статическая характеристика: 50М Диапазон измеряемых температур: -50. ..+150°C; 0…+150°C Контролируемая среда: вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру; воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру
ТСП-9418	Тип датчика температуры: ТСП Номинальная статическая характеристика: 50П; 100П; 2000П Диапазон измеряемых температур: -50…+150°C; -50…+200°C; -200…+500°C Тип контролируемой среды: агрессивные жидкости, пары, газы; вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру; воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру Маркировка взрывозащиты: 1ExdIICT4
ТСМ-9204	Тип датчика температуры: ТСМ Номинальная статическая характеристика: 50М Диапазон измеряемых температур: -50. ..+150°C Контролируемая среда: поверхности твердых тел; подшипники качения, скольжения
ТСП-9201	Тип датчика температуры: ТСП Номинальная статическая характеристика: 50П; 100П Диапазон измеряемых температур: -50…+400°C; -50…+500°C; -50…+600°C; -200…+200°C4 -200…+500°C; -200…+600°C Тип контролируемой среды: вода и другие жидкости, не разрушающие защитную арматуру; воздух и другие газы, не разрушающие защитную арматуру; поверхности твердых тел

Подводя итоги, еще раз отметим главное отличие термопреобразователей сопротивления от других датчиков температуры. Безусловно, основная особенность — это линейная выходная характеристика. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели точности и повторяемости результатов измерений, делают термометры сопротивления востребованными. Если говорить о типах ТС, то никелевые термопреобразователи (ТСН) имеют высокую чувствительность, платиновые (ТСП) – стабильность, то есть неизменность показаний с течением времени, медные (ТСМ) – низкую цену и наилучшую линейность зависимости сопротивления от температуры.

что, как, работает, формула, примеры: —

В этой статье обсуждается очень важная тема «Сопротивление давления». Причиной сопротивления давлению является промежуточная поверхность вещества сравнения давлений. Все, что связано с сопротивлением давлению, здесь — мелочь.

Сопротивление давления происходит так, когда молекулы воздуха больше прижимаются друг к другу на поверхности передней грани материи, а пространство выходит больше, чем обычно, на тыльную сторону поверхности материи. Условие сопротивления давления материи в большей степени наступало в частицах воздуха для поток турбулентный.

Что такое сопротивление давлению?

Соотношение между скоростью и сопротивлением давлению прямо пропорционально друг другу. Для более низкой скорости сопротивление давлению низкое, а для более высокой скорости сопротивление давлению высокое.

В материи, когда в это время действует сила, движение материи может противостоять так называемому сопротивлению давления. Когда вещество на самом деле является газообразным веществом, это называется сопротивлением воздуха или аэродинамическим сопротивлением, и в то же время, когда вещество на самом деле является жидким веществом, известно как гидродинамическое сопротивление.

Узнайте больше о Манометрическое давление: его важные свойства с 30 часто задаваемыми вопросамиИзображение — Давление тащить;
Кредит изображения — Wikimedia Commons

Что такое аэродинамическое сопротивление?

Основной причиной аэродинамического сопротивления являются размер и форма материи. В аэродинамическом сопротивлении слои воздуха не остаются однонаправленными из-за силы, по этой причине возникает турбулентный поток.

Значение аэродинамического сопротивления заключается в том, что частицы, присутствующие в воздухе, толкают больше в сторону вещества, а в задней части вещества происходит сильное отклонение. В основном атмосферное давление увлекает причину отделения пограничной россыпи от определенной поверхности..

Узнайте больше о Конструкция сосуда под давлением: важные факты и 5 параметров

Как работает сопротивление давлению?

Сопротивление давления работает, когда молекулы, присутствующие в воздухе, более сжаты со стороны передней плоскости и не более сжаты со стороны задней плоскости, по этой причине слои, присутствующие в молекулах воздуха, отделяются друг от друга и начинают закручиваться, это состояние, известное как турбулентный поток.

Узнайте больше о Число Рейнольдса: 10+ Важные факты

Как рассчитать сопротивление давлению?

Уравнение сопротивления давлению утверждает, что сопротивление давлению, обозначаемое как D, равно коэффициенту сопротивления, обозначаемому как C. _d умножение плотности жидкости, которая обозначается как r, умножение половины скорости жидкости, которая обозначается как V, на квадрат, умножение площади отсчета, которая обозначается как A.

Сопротивление давления можно рассчитать по этой формуле,

Сопротивление давлению = коэффициент сопротивления давлению x (плотность x квадрат скорости)/(2 x опорная площадь)

Математически можно записать,

Д = С_d (р хв²) / (2 х А)

Где,

D = сопротивление давлению

C_d= Коэффициент сопротивления давлению

ρ = плотность

 v = скорость

 A = контрольная площадь

Узнайте больше о Сосуд под давлением : это важные факты и более 10 приложений

Как уменьшить сопротивление давлению?

Зона пониженного давления возникает за головой, руками, спиной и ногами велосипедистов. Очень сложно изменить форму частей, через которые проходит поток воздуха, чтобы уменьшить сопротивление давлению.

Сопротивление давления может быть уменьшено некоторыми способами, они перечислены ниже,

• Применить аэрошлем
• Тело следует держать как можно ниже
• Скрытие некоторого оборудования
• Тело должно быть выровнено
• Голова должна быть опущена
• Двойная крышка
• Держите удар плотно
• Острые пальцы ног
• Следует носить очки с низким профилем
• Волосы следует брить

Как давление воздуха влияет на сопротивление?

Связь с давлением воздуха и лобовым сопротивлением пропорциональна друг другу. Это означает, что давление воздуха увеличивается, а величина сопротивления также увеличивается, а давление воздуха уменьшается, а величина сопротивления также уменьшается.

Коэффициент аэродинамического сопротивления:

К любому объекту, который движется в движении за счет приложенной силы, возникает сопротивление времени.

Коэффициент аэродинамического сопротивления — это величина сопротивления или сопротивления определенного вещества в среде, основанной на жидком веществе, при приложении силы. Величина чистой силы действует в направлении потока жидкого вещества из-за напряжение сдвига и давление на плоскости конкретной материи.Изображение – Коэффициент лобового сопротивления;
Кредит изображения — Википедия

Узнайте больше о Напряжение сжатия и его обзор с важными фактами

Формула коэффициента сопротивления давления:

Формула коэффициента аэродинамического сопротивления приведена ниже,

F_d = c_d 1/2 ρ v²A

или, с_d = 2F_d/ ρ ты²A}

Где,

F_d= сила сопротивления, выраженная в ньютонах

c_d = Коэффициент лобового сопротивления

ρ = плотность жидкого вещества, выраженная в килограммах на кубический метр.

 v = скорость потока жидкого вещества, выраженная в метрах в секунду

A = контрольная площадь для вещества определенной формы тела, выраженная в квадратных метрах. Коэффициент аэродинамического сопротивления зависит от некоторых параметров, таких как размер и форма тела любого вещества, поток жидкого вещества, зависящий от числа Рейнольдса, число Маха, Число Фруда и неравномерность тела.

Как рассчитать коэффициент давления сопротивления?

Коэффициент сопротивления сопротивления можно рассчитать по этой формуле:

В уравнении (2),

Где,

c_d= Коэффициент сопротивления давлению

F_d = Сила сопротивления

A = площадь формы плана для конкретного материального тела

S = влажная поверхность для конкретного материального тела

c_p = Коэффициент сопротивления давлению

c_f = Коэффициент сопротивления трения

n̂ = Перпендикулярное направление материального тела, поверхность которого dS. Это обозначает точку перехода из жидкого состояния в твердое.

т̂ = Обозначается направление, в котором касательное напряжение действует на вещество поверхности тела dS

î = Обозначается направление, в котором вектор действует в потоке потока

p = Давление, действующее на тело вещества на поверхности dS

p_o = Давление вдали от вещества на поверхности dS

T_w= Величина напряжения сдвига, действующего на тело вещества на поверхности dS

ρ = плотность

v = вязкость

Сопротивление давления по сравнению с сопротивлением трения:

Сжатие между сопротивлением давления и сопротивлением трения описано ниже.

Параметр	Сопротивление трения	Сопротивление давления
Определение	Когда объект течет в жидком веществе, в это время возникает трение между поверхностью жидкого вещества и телом вещества и возникает сопротивление. Этот тип сопротивления известен как сопротивление трения.	Сопротивление давления возникает, когда материалы материи растворяются, сила из-за давления прикладывается нормально ко всем точкам поверхности тела материи.
Формула	Где, Cf = Коэффициент трения кожи Tw = Напряжение сдвига кожи, приложенное к плоскости поверхности тела v∞= Скорость свободного потока для скорости тела ρ∞ = Скорость свободного потока для плотности тела 1/2р∞ v2∞ ≡ д∞ = Динамическое давление свободного потока для тела материи	или, Где, Fd = сила сопротивления, выраженная в ньютонах cd = Коэффициент лобового сопротивления ρ = плотность жидкого вещества, выраженная в килограммах на кубический метр. v = скорость потока жидкого вещества, выраженная в метрах в секунду A = контрольная площадь для вещества определенной формы тела, выраженная в квадратных метрах.
Зависимый	Трение между поверхностью и телом вещества	Размер тела

Изображение – Сопротивление давления и Сопротивление трения;
Кредит изображения — Wikimedia Commons

Сопротивление давления по сравнению с сопротивлением трения кожи:

Сжатие между сопротивлением давления и сопротивление трения кожи опишите ниже,

Параметр	Сопротивление трения кожи	Сопротивление давления
Определение	Сопротивление поверхностного трения на самом деле является примером состояния аэродинамического сопротивления. Сопротивление поверхностного трения может препятствовать силе, приложенной к конкретному веществу, которое движется при движении в жидких веществах.	Сопротивление давления в основном возникает из-за увеличения давления перед конкретным объектом и уменьшения давления в задней части объекта.
Уравнение	Где, Cf= коэффициент трения кожи Tw= Касательное напряжение для местной стены q = динамическое давление для набегающего потока Теперь слои границы, где градиент давления не применяется в направлении x, толщина импульса времени может быть выражена как Для особо турбулентный поток кожное трение коэффициент можно оценить с помощью следующего уравнения: Для особо ламинарный поток Коэффициент трения кожи можно оценить с помощью следующего уравнения:	или, Где, Fd = сила сопротивления, выраженная в ньютонах cd = Коэффициент лобового сопротивления ρ = Плотность жидкого вещества, выраженная в килограммах на кубический метр. v = скорость потока жидкого вещества, выраженная в метрах в секунду A = контрольная площадь для вещества определенной формы тела, выраженная в квадратных метрах.
Зависимый	Вязкость	Форма и размер вещества
Родство	Прямо пропорциональна вязкости	Прямо пропорциональна форме и размеру вещества
Пример	Движение самолета в воздухе Движение вещества в жидком веществе	Сопротивление воздуха Езда на велосипеде Движение лодки в воде

Изображение – сопротивление трения кожи;
Кредит изображения — Wikimedia Commons

Узнайте больше о Модуль сдвига : Модуль жесткости : важные факты и более 10 часто задаваемых вопросов

Сопротивление давления по сравнению с индуктивным сопротивлением:

Сжатие между сопротивлением давления и индуктивным сопротивлением описано ниже.

Параметр	Сопротивление давления	Индуцированное сопротивление
Определение	Когда молекулы воздуха сжимаются, возникает сопротивление давлению.	Положение аэродинамического сопротивления крыла, вызванное или обусловленное характером подъемной силы.
Связь со скоростью	Соотношение между воздушной скоростью и аэродинамическим сопротивлением прямо пропорционально друг другу.	Связь между воздушной скоростью и индуктивным сопротивлением косвенно пропорциональна друг другу.
Фактор зависит	1. Размер и форма тела предмета 2. Окружающее давление 3. Движение жидкости	1. Размер и форма тела предмета 2. Наклон объекта 3. В условиях воздушного потока объекта

Изображение – Индуцированное сопротивление;
Кредит изображения — Википедия

Пример сопротивления давления:

Примеры сопротивления давления перечислены ниже,

1. аэродинамический
2. Хаммер h3 внедорожник
3. Парашютист
4. велосипед
5. Sphere
6. Круглая плоская пластина
7. Honda Civic
8. Додж пикап
9. Toyota Camry
10. Объект, движущийся в жидком веществе
11. Быстроходный катер

Узнайте больше о Коэффициент сопротивления сферы.

Как работают резисторы? Что внутри резистора?

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 2 января 2022 г.

Когда вы впервые узнаете об электричестве, вы обнаружите, что материалы делятся на две основные категории, называемые проводниками и изоляторы. Проводники (например, металлы) пропускают электричество через их; изоляторы (такие как пластик и дерево) обычно этого не делают. Но все не так просто, не так ли? Любое вещество будет проводить электричество, если к нему приложить достаточно большое напряжение: даже воздух, который обычно является изолятором, внезапно становится проводником, когда в облаках накапливается мощное напряжение — и это заставляет молния. Вместо того, чтобы говорить о проводниках и изоляторах, часто яснее говорить о сопротивлении: легкости, с которой что-нибудь пропускает через себя электричество. Проводник имеет низкое сопротивление, в то время как изолятор имеет гораздо более высокое сопротивление. Устройства под названием резисторы позволяют вводить точно контролируемые величины сопротивления в электрические цепи. Давайте подробнее рассмотрим, что они из себя представляют и как они работают!

Фото: четыре типичных резистора, расположенных рядом в электронной схеме. Резистор работает путем преобразования электрической энергии в тепло, которое рассеивается в воздухе.

Содержание

1. Что такое сопротивление?
2. Измерение сопротивления
3. Сопротивление бесполезно?
4. Как работают резисторы
5. Как размер резистора влияет на его сопротивление?
6. Сопротивление и температура
7. Цветовые коды резисторов
8. Узнать больше

Что такое сопротивление?

Электричество течет через материал, переносимый электронами, мельчайшие заряженные частицы внутри атомов. широко говоря, материалы, которые хорошо проводят электричество, это те, которые позволяют электронам течь свободно. через них.

В металлах, например, атомы заперты в твердая, кристаллическая структура (немного похожая на металлическую раму для лазанья в детская площадка). Хотя большинство электронов внутри этих атомов закрепленные на месте, некоторые из них могут пробираться сквозь конструкцию, неся с собой электричество. Вот почему металлы являются хорошими проводниками: металл выдерживает относительно небольшое сопротивление электронам, протекающим через него.

Анимация: Электроны должны проходить через материал, чтобы проводить через него электричество. Чем труднее электронам течь, тем больше сопротивление. Металлы обычно имеют низкое сопротивление потому что электроны могут легко проходить через них.

Пластмассы совсем другие. Хотя они часто солидны, они не одинаковы кристаллическая структура. Их молекулы (обычно очень длинные повторяющиеся цепи, называемые полимерами) связаны друг с другом в таких таким образом, что электроны внутри атомов полностью заняты. Там Короче говоря, это не свободные электроны, которые могут двигаться в пластике. проводить электрический ток. Пластмассы являются хорошими изоляторами: они помещают создают высокое сопротивление электронам, протекающим через них.

Все это немного расплывчато для такого предмета, как электроника, которая требует точного контроля электрического тока. Вот почему мы определяем сопротивление, точнее, как напряжение в вольтах, необходимое для создания по цепи течет ток 1 ампер. Если для этого потребуется 500 вольт. сделать поток 1 ампер, сопротивление 500 Ом (написано 500 Ом). Ты мог бы см. это соотношение, записанное в виде математического уравнения:

В = Я × Р

Это известно как закон Ома для немецкого языка. физик Георг Симон Ом (1789 г.–1854).

Сопротивление бесполезно?

Сколько раз вы слышали, как плохие парни говорят это в кино? Это часто верно и в науке. Если материал имеет высокое сопротивление, он означает, что электричеству будет трудно пройти через него. Чем больше электричеству приходится бороться, чем больше энергии потрачено впустую. Это звучит вроде плохая идея, но иногда сопротивление далеко не «бесполезно» и правда очень полезно.

Фото: Нить накаливания внутри старинной лампочки. Это очень тонкий провод с умеренным сопротивлением. Он разработан, чтобы нагреваться, поэтому он ярко светится и излучает свет.

В лампочке старого образца, например, электричество течет по очень тонкому проводу называется нитью. Провод настолько тонкий, что электричество действительно нужно бороться, чтобы пройти через это. Это делает провод чрезвычайно горячо — настолько сильно, что излучает свет. Без сопротивление, такие лампочки не будут работать. Конечно недостатком является то, что мы должны тратить огромное количество энергии на нагрев нить. Такие лампочки старого образца излучают свет, создавая тепло, поэтому их и называют лампами накаливания; новые энергосберегающие лампочки излучают свет, не выделяя много тепла, благодаря совершенно другому процессу флуоресценции.

Тепло, выделяемое нитями, не всегда тратится впустую. В приборах, таких как электрические чайники, электрические радиаторы, электрических душей, кофеварок и тостеров существуют более крупные и прочные версии нитей, называемые нагревательные элементы. Когда через них проходит электрический ток, они получают достаточно горячей, чтобы вскипятить воду или приготовить хлеб. По крайней мере, в нагревательных элементах сопротивление далеко не бесполезно.

Сопротивление также полезно в таких вещах, как транзисторные радиоприемники и телевизоры. наборы. Предположим, вы хотите уменьшить громкость на телевизоре. Ваш ход регулятор громкости, и звук становится тише — но как это происходит? Ручка громкости на самом деле является частью электронного компонента, называемого переменный резистор. Если вы уменьшите громкость, вы на самом деле повышая сопротивление в электрической цепи, которая приводит в движение громкоговоритель телевизора. Когда вы включаете сопротивление, электрич. ток, протекающий по цепи, уменьшается. С меньшим током, меньше энергии для питания громкоговорителя, поэтому он звучит намного тише.

Фото: «Переменный резистор» — это очень общее название компонента, сопротивление которого можно изменять с помощью перемещение циферблата, рычага или какого-либо элемента управления. Более конкретные виды переменных резисторов включают потенциометры (небольшие электронные компоненты с тремя клеммами) и реостаты (обычно намного большего размера и состоят из нескольких витков спирального провода со скользящим контактом, который перемещается по катушкам, чтобы «отбить» некоторую часть сопротивления) . Фотографии: 1) Небольшой переменный резистор, служащий регулятором громкости в транзисторном радиоприемнике. 2) Два больших реостата от силовой установки. Ты можешь см. циферблатные регуляторы, которые «отбивают» большее или меньшее сопротивление. Фотография Джека Баучера из журнала Historic American Engineering Record любезно предоставлена ​​Библиотекой Конгресса США.

Как работают резисторы

Люди, изготавливающие электрические или электронные схемы для выполнения конкретных рабочие места часто должны ввести точное количество сопротивления. Они могут сделать это, добавив крошечные компоненты, называемые резисторами. Резистор – это небольшой пакет сопротивления: подключите его к цепи, и вы уменьшите ток на точную сумму. Внешне все резисторы выглядят более или менее одинаково. Как вы можете видеть на верхней фотографии на этой странице и на фотографии ниже, Резистор представляет собой короткий червячный компонент с цветными полосками на сторона. Он имеет два соединения, по одному с каждой стороны, так что вы можете подключить его в цепь.

Фото: Типовой резистор.

Что происходит внутри резистора? Если вы сломаете один открытый, и соскоблите внешнее покрытие изоляционной краски, вы можете увидеть изолирующий керамический стержень, проходящий посередине с медной проволокой, намотанной снаружи. Такой резистор называется проволочным. Количество медных витков определяет сопротивление очень точно: чем больше медных витков, и чем тоньше меди, тем выше сопротивление. В резисторах меньшего номинала предназначенный для цепей меньшей мощности, медная обмотка заменена на спиральный узор углерода. Такие резисторы намного дешевле. делают и называются углеродной пленкой. Как правило, проволочные резисторы более точны и более стабильны при более высоких рабочих температурах.

Фото: Внутри проволочного резистора. Разломите один пополам, соскребите краску, и вы сможете ясно увидеть изолирующий керамический сердечник и обмотанную вокруг него проводящую медную проволоку.

Как размер резистора влияет на его сопротивление?

Предположим, вы пытаетесь протолкнуть воду через трубу. Различные виды трубок будут более или менее услужливыми, так что более толстая труба меньше сопротивляется воде, чем более тонкая и короткая. будет оказывать меньшее сопротивление, чем более длинный. Если вы наполните трубу, скажем, галькой или губкой, вода по-прежнему будет просачиваться через него, но гораздо медленнее. Другими словами, длина, площадь поперечного сечения (площадь вы видите, смотрите в трубу, чтобы увидеть, что внутри), и все, что находится внутри трубы, влияет на ее устойчивость к воде.

Электрические резисторы очень похожи — на них влияют одни и те же три фактора. Если вы сделаете проволоку тоньше или длиннее, электронам будет труднее перемещаться по ней. И, как мы уже видели, электричеству труднее проходить через одни материалы (изоляторы), чем через другие (проводники). Хотя Георг Ом больше всего известен тем, что связывал напряжение, ток и сопротивление, он также исследовал взаимосвязь между ними. между сопротивлением и размером и типом материала, из которого изготовлен резистор. Это привело его к другому важному уравнению:

R = ρ × L / А

Проще говоря, сопротивление (R) материала увеличивается по мере увеличения его длины (поэтому более длинные провода обеспечивают большее сопротивление) и увеличивается по мере уменьшения его площади (более тонкие провода имеют большее сопротивление). Сопротивление также связано с типом материала, из которого изготовлен резистор, и это обозначено в этом уравнении символом ρ, который называется удельным сопротивлением и измеряется в единицах Ωm (омметры). У разных материалов очень разное удельное сопротивление: у проводников удельное сопротивление намного ниже, чем у изоляторов. При комнатной температуре алюминий имеет размер около 2,8 x 10 9 . 0089 -8 Ом·м, в то время как медь (лучший проводник) значительно ниже и составляет 1,7 ^-8 Ом·м. Кремний (полупроводник) имеет удельное сопротивление около 1000 Ом·м и стекло (хороший изолятор). меры около 10 ¹² Ом·м. Из этих цифр видно, насколько сильно различаются проводники и изоляторы по своей способности проводить электричество: кремний примерно в 100 миллиардов раз хуже меди, а стекло снова примерно в миллиард раз хуже!

Таблица: Хорошие проводники: Сравните удельное сопротивление 10 распространенных металлов и сплавов с сопротивлением серебра при комнатной температуре. Например, вы можете видеть, что нихром, сплав, используемый в нагревательных элементах, имеет примерно в 66 раз большее сопротивление, чем аналогичный кусок серебра. Данные из разных источников.

Сопротивление и температура

Сопротивление резистора непостоянно, даже если это определенный материал фиксированной длины и площади: оно неуклонно 90 103 возрастает 90 104 с повышением температуры. Почему? Чем горячее материал, тем сильнее колеблются его атомы или ионы, и тем труднее он воспринимается. электроны извиваются, что приводит к более высокому электрическому сопротивлению. Говоря в широком смысле, удельное сопротивление большинства материалов увеличивается линейно с температурой (поэтому, если вы увеличите температуры на 10 градусов удельное сопротивление увеличивается на определенную величину, а если его увеличить еще на 10 градусов удельное сопротивление снова возрастает на такую ​​же величину). если вы охладите материал, вы понизите его удельное сопротивление, и если вы охладите его до чрезвычайно низкого температуры, вы можете иногда заставить удельное сопротивление полностью исчезнуть в явлении, известном как сверхпроводимость.

Таблица: Сопротивление материала увеличивается с температурой. На этой диаграмме показано, как удельное сопротивление (базовое сопротивление материала, не зависящее от его длины или площади) увеличивается почти линейно при увеличении температуры от абсолютного нуля до примерно 600 К (327°C) для четырех распространенных металлов. Нарисовано с использованием исходных данных из «Удельного электрического сопротивления выбранных элементов» П. Десаи и др., J. Phys. хим. Ссылка Данные, Том 13, № 4, 1984 и «Удельное электрическое сопротивление меди, золота, палладия и серебра» Р. Матулы, J. Phys. хим. Ссылка Data, Vol 8, No 4, 1979, любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий США. Открытые данные.

Узнайте больше

Статьи по теме на нашем сайте

• Конденсаторы
• Диоды и светоизлучающие диоды (СИД)
• Электричество
• Электроника
• Нагревательные элементы
• Транзисторы

Видео

• MAKE Presents: The Resistor: 5-минутное вступительное видео от Колина Каннингема из журнала MAKE. Охватывает основную концепцию резисторов и немного истории, а затем показывает, как сделать собственный резистор с помощью карандаша 2В!
• Что такое резистор?: В этом видео довольно много времени объясняется, как читать цветовые коды; если вы находите всю цветовую систему запутанной, это хорошее место, чтобы прояснить ваши идеи.

Книги

Для юных читателей

• Easy Electronics Чарльза Платта. Maker Media, 2017. Упрощенное введение в стиле комиксов на 50 страницах с упором на обучение на практике.

Для читателей постарше

• Производитель: Electronics by Charles Platt. Maker Media, 2015. Более длинное и подробное введение от Чарльза Платта, но с использованием того же практического подхода.
• Электричество и электроника, Стэн Гибилиско. Макгроу Хилл, 2011.
• Начало работы в области электроники, Форрест М. Мимс III. Издательство Мастер, 2003.

Статьи

• Исторически важные уравнения Ньютона, Ома и Планка Пола Г. Хьюитта. Учитель естественных наук, сентябрь 2019 г. Почему закон Ома лучше всего преподавать, уделяя больше внимания току (I = V/R).
• Нужен фокус на вечеринке с законом Ома? Измерьте температуру лампочки Ретта Алена. Wired, 18 марта 2019 г. В новом повороте автор измеряет сопротивление лампы, чтобы определить ее температуру.
• Начало электрического сопротивления, измеренное впервые Дэйвом Мошером. Wired, 21 декабря 2011 г. Физики нашли способ наблюдать, как замедляющиеся электроны вызывают сопротивление.
• Компонент месяца: резисторы Джона Байхтала. MAKE, 1 апреля 2013 г. Альтернативное введение, которое охватывает те же темы, что и эта статья.
• Таинственный мемристор Салли Ади. IEEE Spectrum, 1 мая 2008 г. История четвертого основного элемента схемы, мемристора (запоминающего резистора).

Как работает резистор?

Опубликовано 10 декабря 2018 г.

Резисторы являются наиболее распространенными компонентами электроники в мире. Они используются во многих схемах в качестве делителей напряжения, для контроля уровня тока с помощью таких устройств, как светодиоды, для установки коэффициента усиления с помощью усилителей и во многих, многих других вещах. При этом, что такое резисторы и что они делают?

Что делает резистор?

Резистор замедляет поток электронов

Резисторы имеют удивительно практичное название — они буквально сопротивляются потоку электронов. В предыдущих уроках и видеороликах мы говорили о природе электричества и о том, как электроны хотят распространяться и быть как можно дальше друг от друга. Это желание электронов оказаться где-то с меньшей плотностью электронов является напряжением, и без сопротивления электроны очень быстро выровняются повсюду. На самом деле все имеет сопротивление, которое в основном препятствует или ограничивает поток электронов из одного места в другое. Чем выше сопротивление, тем больший потенциал необходимо преодолеть, прежде чем электроны начнут движение.

Резисторы подчиняются закону Ома — закону, который связывает напряжение, протекающий ток и сопротивление.

или

Итак, напряжение равно умножению сопротивления на ток. Но для интуитивного понимания того, что происходит, я предпочитаю думать об этом, как о силе тока, равной напряжению и сопротивлению. Таким образом, по мере увеличения напряжения (увеличивается дифференциал плотности электронов) или уменьшения сопротивления (трудность движения электронов) увеличивается ток (количество протекающих электронов).

Ток зависит от напряжения и сопротивления

У нас также есть еще одно руководство, в котором используется другой пример, чтобы помочь вам понять взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением, если это все еще не ясно.

Простейшая форма этого уравнения состоит в том, что если напряжение равно 1 вольту, а сопротивление равно 1 Ом, то будет 1 ампер тока. Чтобы получить 2 ампера тока, можно либо увеличить напряжение до 2 вольт, либо уменьшить сопротивление до 0,5. Или увеличьте напряжение до 1,5 и уменьшите сопротивление до 0,75, если хотите. В любом случае — это очень линейная зависимость и чрезвычайно проста в использовании. Но вывод таков: в одних ситуациях можно изменить напряжение, в других — сопротивление. В более редких случаях можно даже изменить ток. Мир это твоя жемчужина! Но обычно вы меняете сопротивление, чтобы получить любой ток, который вам нужен.

Итак, на что это похоже?

Теперь, когда вы знаете, что делает резистор, давайте посмотрим, как резисторы представлены на схемах. Это только символы, и они не имеют никакого отношения к тому, как резистор выглядит в реальной жизни. Но, чтобы помочь вам вспомнить, вы можете думать, что волнистые линии замедляют электроны, тем самым «сопротивляясь» их потоку. Очевидно, что это не то, что происходит в реальной жизни, но если это помогает, нет ничего плохого в том, чтобы вообразить это.

Схематические обозначения резисторов

К сожалению, несмотря на то, что существует всего несколько способов представления резисторов, фактические резисторы сильно меняются . Они могут быть большими и тяжелыми или меньше песчинки. Они могут быть самых разных цветов, форм, стилей соединения, что никак не влияет на их сопротивление. При этом эти различия в размерах могут быть очень важны и в других отношениях. Прежде чем мы углубимся в это, вот несколько примеров различных резисторов.

Различные типы резисторов

Каковы важные параметры резистора?

1. Номинальная мощность

Может показаться странным, что существует так много различных типов и размеров резисторов. В руководстве по рассеиванию мощности вы можете узнать больше о том, насколько важно учитывать мощность в вашей схеме, но сейчас просто знайте, что это важно. И крошечные резисторы не могут справиться с мощностью, которую может выдержать резистор размером с буханку хлеба.

2. Сопротивление

Возможность выбора желаемого сопротивления, надеюсь, довольно очевидна. Но важно подумать! Резисторы имеют «общие» значения, в зависимости от их допуска (описанного ниже) общие значения различаются. Типичным является допуск 5%, и для них номиналы резисторов выглядят так:

Вы можете видеть, что расстояние между общими значениями не является четным, и вы пропускаете определенные целые числа, такие как 4, 5, 6, 7, 8 и 9. Таким образом, когда вы выбираете номинал резистора в своем проекте, вы не хочу выбирать 800 Ом, так как ближайшие значения 750 или 820. Тогда вы будете искать более дорогой резистор с более высоким допуском, которого можно избежать.

3. Допуски

Как упоминалось в предыдущем разделе, важным аспектом резисторов является их допуск. Это то, насколько реальное измеренное сопротивление отличается от номинального сопротивления. Например, резистор 100 Ом с допуском ±5% означает, что фактически он может находиться в диапазоне от 9от 5 Ом до 105 Ом.

Несмотря на то, что 5% довольно распространены, вы можете уменьшить их до ±0,01% и до ±30%! Как правило, чем жестче допуск, тем выше стоимость и тем большую степень детализации можно получить при выборе значений.

Теперь странное расстояние между резисторами имеет больше смысла! На примере 820 Ом умножим это на 0,95 и 1,05. Мы получаем 779 и 861, поэтому нам не нужен резистор 800 Ом, поскольку допуски покрывают весь этот диапазон. 750 x 1,05 = 787,5, так что это не только покрывает зазор между двумя резисторами, технически резистор 750 Ом с допуском 5% может иметь более высокое сопротивление, чем резистор 800 Ом с допуском 5%.

Реальность такова, что большинство 5%-ных резисторов на самом деле очень близки к номинальному значению — честно говоря, у меня были очень редкие случаи, когда я находил резистор более чем на 1%. Но резистор с более высоким допуском гарантирует, что будет в пределах этого уровня допуска. Есть очень большая разница между тем, как я работаю в своем подвале, создавая прототип, и созданием продукта, который будет массово производиться миллионами, где каждый неисправный продукт стоит огромных денег, времени и репутации.

4. Температурный коэффициент

Хотя большая часть работы, которую мы выполняем в лаборатории, связана с относительно стабильной температурой, резисторы должны работать при самых разных экстремальных температурах. Рядом с криогенно-охлаждаемыми сверхпроводящими кабелями таких вещей, как аппараты МРТ, к панелям управления плавильных заводов, температуры, с которыми сталкиваются эти вещи, сумасшедшие. Итак, что происходит, когда резистор действует одним образом при комнатной температуре и другим образом при температуре ниже нуля? Как правило, ничего хорошего.

Для этого производители ставят температурный коэффициент сопротивления, обычно измеряемый в частях на миллион, или «ppm». Это означает, что на каждый градус выше или ниже номинальной температуры сопротивление не будет отклоняться более чем на пару миллионных долей ома. Обычно это градусы Цельсия или стоградусы.

В качестве примера:

Предположим, что резистор рассчитан на 30 ppm/°C, он изменится только на 30 миллионных (0,000030) исходного значения резистора на градус Цельсия. Если у меня есть резистор на 100 Ом и предположим, что комнатная температура составляет 25°C, то при повышении температуры до 100°C мы получим следующее:

Таким образом, окончательное значение будет между 99,775 Ом или 100,225 Ом.

5. Емкость и индуктивность

Идеальный резистор не имеет ни емкости, ни индуктивности. Но никто не идеален — не принимайте это на свой счет. Все резисторы имеют очень малую величину емкости и индуктивности. Честно говоря, если вы не занимаетесь чем-то вроде проектирования радиочастот или антенн, вы можете игнорировать это. Количество исключений из этого утверждения настолько минимально, что я буду его поддерживать. Тем не менее, я упоминаю об этом, потому что 1) он существует и 2) вы, возможно, в конечном итоге захотите сделать некоторую конструкцию антенны (или, по крайней мере, реализовать), возможно, с полосковой антенной на печатной плате или чем-то еще. Если это не работает правильно, обязательно рассмотрите все источников индуктивности и емкости.

---

Резюме

Резисторы на самом деле довольно просты, и особо не о чем беспокоиться! Тем не менее, мы многое упустили, чтобы вы знали, что есть и другие вещи, которые могут повлиять на ваш дизайн в определенных ситуациях. Но теперь, когда вы знаете о них, это не должно быть проблемой. Идите вперед и повеселитесь с этими резисторами!

• Резистор (6)
• Теория цепей (18)

7 вопросов

Автор:

Джош Бишоп

Интересуясь встраиваемыми системами, туризмом, кулинарией и чтением, Джош получил степень бакалавра электротехники в Университете штата Бойсе. Проработав несколько лет офицером CEC (Seabee) в ВМС США, Джош уволился и в конце концов начал работать над CircuitBread с кучей замечательных людей. В настоящее время Джош живет на юге Айдахо с женой и четырьмя детьми.

Часто задаваемые вопросы по учебнику

Q

Поскольку резистор проталкивает воду через меньший зазор, увеличивается ли напряжение, необходимое для прохождения электронов через зазор, и, следовательно, таким образом резисторы расходуют часть напряжения, подаваемого в цепь?

A

Интуитивное понимание закона Ома очень полезно здесь! С V = IR вы можете видеть, что если сопротивление увеличивается (труба становится меньше), и вы хотите, чтобы ток оставался прежним (то же количество воды, протекающей через нее), тогда да, напряжение необходимо увеличить (увеличить высоту или потенциал). воды).

Но в реальной схеме вы обычно работаете с заданным источником напряжения, поэтому напряжение не меняется (например, 1,5 В для одной щелочной батареи, 5 В для источника питания USB, 3,7 В для литиевого аккумулятора). -ионная батарея и т. д.) Таким образом, если сопротивление увеличивается или уменьшается, ток также увеличивается или уменьшается.

Q

На приведенной вами диаграмме воды, идущей по трубе, вся вода, которая попала в более узкую часть трубы, прошла, и это меня смущает. Потому что, насколько я понимаю, резисторы должны уменьшать ток (воду), проходящий через провод (трубу), но с тем, что вы показали, это не уменьшало количество воды, проходящей через трубу. Что тут происходит?

A

Резисторы уменьшают ток, ограничивая поток электронов. Примерно на отметке 3:40 вы заметите поток через «резистор», который является узкой частью трубки. Как это ограничивает поток, представьте, если бы эта узкая часть трубы была в 4 раза шире, насколько больше воды текло бы сверху вниз? Таким образом, он уменьшает количество воды (или «течения») до контролируемого потока.

Второй вопрос очень хорош — резисторы уменьшают ток через эту точку. Наличие большего тока в другом месте цепи зависит от того, как настроена цепь. Если есть что-то еще «вниз по течению» или «вверх по течению» последовательно, то ток через эти другие элементы будет таким же, как через резистор. Если есть другие элементы, подключенные параллельно, или разные источники напряжения/тока, тогда будут разные пути прохождения тока. Вот тогда вам и понадобятся KCL/KVL (законы Кирхгофа) для расчета значений.

Q

Поскольку резистор уменьшает количество электронов, способных пройти через него, что физически происходит с электронами, которые не могут пройти? Есть какое-то наращивание? Электроны как-то рассеиваются?

A

Электроны, которые не могут пройти, просто остаются там, где они есть. Однако они не накапливаются, поскольку это означало бы, что они увеличивают потенциал напряжения. Это может показаться странным, но все электроны, которые хотят пройти через резистор, проходят через резистор.