Активное сопротивление: определение, единицы измерения

Переменный электрический ток широко используется в промышленности и быту. Для расчета электрических цепей необходимо знать понятие активного сопротивления тока. Давайте разберемся, что такое активное сопротивление, как его определить и для чего оно нужно.

1. Определение активного сопротивления

Активное сопротивление - это сопротивление, на котором электрическая энергия преобразуется в тепло. Примеры элементов с активным сопротивлением: резисторы, проводники. Активное сопротивление обозначается буквой R.

2. Единицы измерения активного сопротивления

Основная единица - Ом. 1 Ом - это сопротивление проводника, при напряжении 1 В и силе тока 1 А. Также используются кОм (1000 Ом) и МОм (1000000 Ом).

3. Зависимость активного сопротивления от параметров проводника

Активное сопротивление зависит от:

• материала проводника
• длины проводника
• площади поперечного сечения
• температуры

Чем больше длина и меньше сечение, тем выше активное сопротивление. При повышении температуры активное сопротивление увеличивается.

4. Вычисление активного сопротивления

Для вычисления активного сопротивления используется формула:

R = ρ·l/S

где
- ρ - удельное сопротивление материала, Ом·м - l - длина проводника, м - S - площадь поперечного сечения, м2

Зная параметры проводника, можно легко рассчитать его активное сопротивление

5. Активное сопротивление в цепи переменного тока

При переменном токе активное сопротивление постоянно. Ток и напряжение на активном сопротивлении синфазны. Действующие значения связаны законом Ома. Вся энергия преобразуется в тепло согласно закону Джоуля-Ленца.

6. Отличие активного сопротивления от реактивного

Реактивное сопротивление возникает в элементах с индуктивностью и емкостью. Энергия при реактивном сопротивлении не рассеивается, а накапливается и отдается обратно. Активное сопротивление всегда присутствует в цепи, реактивное - только при переменном токе.

7. Влияние активного сопротивления на работу цепи

Основные эффекты активного сопротивления:

• снижение силы тока
• падение напряжения
• нагрев проводников и элементов цепи
• уменьшение полезной мощности

8. Способы уменьшения активного сопротивления

Для уменьшения активного сопротивления используют:

• материалы с меньшим удельным сопротивлением
• увеличение сечения проводников
• снижение их длины
• охлаждение проводников

9. Применение знаний об активном сопротивлении

Знания об активном сопротивлении используются при:

• расчете параметров электрических цепей
• выборе сечения проводов
• проектировании нагревательных приборов
• разработке систем охлаждения

10. Расчет активного сопротивления на практике

Давайте рассмотрим пример расчета активного сопротивления на практике. Пусть имеется медный проводник длиной 2 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2. Требуется найти его активное сопротивление.

Известно, что удельное сопротивление меди равно 0,017 Ом·м. Подставляя значения в формулу, получаем:

R = 0,017 Ом·м * 2 м / 0,5 мм2 = 0,068 Ом

Итак, активное сопротивление данного медного проводника равно 0,068 Ом.

11. Зависимость активного сопротивления от температуры

Как уже отмечалось ранее, активное сопротивление зависит от температуры. При повышении температуры активное сопротивление возрастает. Это связано с увеличением интенсивности теплового движения частиц.

Коэффициент температурного расширения показывает, на какую долю увеличится активное сопротивление при росте температуры на 1°С. Для металлов он составляет порядка 0,004.

12. Активное и индуктивное сопротивление

Помимо активного, в цепях переменного тока присутствует индуктивное сопротивление. Оно возникает в катушках индуктивности и дросселях.

При возрастании силы переменного тока индуктивное сопротивление препятствует этому росту. А при уменьшении - наоборот, способствует возрастанию.

13. Влияние активного и индуктивного сопротивления на цепь

Активное и индуктивное сопротивления по-разному влияют на параметры цепи переменного тока:

• Активное сопротивление вызывает нагрев и падение напряжения
• Индуктивное сопротивление не приводит к нагреву, но вызывает сдвиг фаз между током и напряжением

Поэтому при расчетах нужно раздельно учитывать активную и индуктивную составляющие полного сопротивления.

14. Способы уменьшения индуктивного сопротивления

Чтобы уменьшить индуктивное сопротивление в цепи, можно:

• Уменьшить индуктивность катушки
• Включить конденсатор в цепь для компенсации индуктивного сопротивления

15. Определение активного сопротивления измерительными приборами

Наряду с расчетным методом, активное сопротивление можно определить с помощью измерительных приборов. Для этого используются:

• Мультиметр в режиме измерения сопротивления
• Измеритель импеданса
• Мост постоянного тока

Приборы позволяют быстро и точно определить величину активного сопротивления без необходимости знать параметры сечения и длины проводника.

16. Активное сопротивление проводников разного сечения

Как правило, чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше его активное сопротивление. Например, для проводников из одного материала длиной 1 м при температуре 20°С справедливы следующие значения сопротивления:

• При сечении 0,5 мм2 - R=0,034 Ом
• При сечении 1,5 мм2 - R=0,011 Ом
• При сечении 2,5 мм2 - R=0,0068 Ом

Использование проводников бóльшего сечения позволяет уменьшить потери энергии в виде тепла.

17. Температурная зависимость удельного сопротивления

Ранее мы рассмотрели температурную зависимость активного сопротивления. Однако удельное сопротивление материала тоже зависит от температуры. Например, для алюминия:

• при 0°С ρ=0,028 Ом·мм2/м
• при 20°С ρ=0,034 Ом·мм2/м
• при 100°С ρ=0,050 Ом·мм2/м

Эту зависимость необходимо учитывать при расчетах сопротивления.

18. Применение закона Ома для активного сопротивления

Для участков цепи, содержащих только активное сопротивление, применим закон Ома:

I = U / R

где:

• I - сила тока, А
• U - напряжение, В
• R - активное сопротивление, Ом

Данная формула позволяет рассчитать ток в цепи при известном напряжении и сопротивлении, и наоборот.

19. Влияние активного сопротивления на мощность и КПД

Чем выше активное сопротивление цепи, тем больше потери мощности в виде тепла. Это приводит к снижению КПД - отношения полезной мощности к затраченной.

Например, если активное сопротивление линии электропередач возрастет в 2 раза, потери мощности на нагрев проводов удвоятся. А КПД передачи энергии уменьшится.

20. Способы снижения активного сопротивления

Для уменьшения потерь энергии на активном сопротивлении применяют следующие методы:

1. Использование проводниковых материалов с меньшим удельным сопротивлением (медь, алюминий, серебро)
2. Увеличение сечения проводников
3. Применение систем охлаждения проводников
4. Сокращение длины проводников в цепи

Комплексное применение этих методов позволяет существенно снизить потери энергии в электрических сетях.

21. Роль активного сопротивления в тепловых приборах

В отопительных и нагревательных приборах активное сопротивление играет полезную роль, обеспечивая преобразование электроэнергии в тепловую.

Например, ТЭНы (трубчатые электронагреватели) имеют высокое активное сопротивление специальной конструкции для эффективного тепловыделения.

22. Применение активного сопротивления на практике

На практике активное сопротивление широко используется в:

• Резисторах для регулирования тока и напряжения
• Датчиках температуры, основанных на температурной зависимости сопротивления
• Обогревательных элементах

Правильный расчет и учет активного сопротивления крайне важен при проектировании различных электрических цепей и устройств.