Лекція 1. Загальні поняття та визначення в електротехніці

Резистивний елемент (опір, активний опір) – це елемент електричного кола з двома виводами-полюсами (тобто двополюсник), в якому відбувається виключно незворотне перетворення електромагнітної енергії в теплову енергію.

Важливо зазначити, що в резистивному елементі не відбуваються процеси запасання (накопичування) енергії.

До резистивного елемента найбільш близькі за властивостями вугільні резистори, реостати, лампи розжарювання.

Схемне позначення резистивного елемента наведене на рис. 1.10. Там же показано варіант позначення струму, що протікає крізь елемент, та напруги, що діє між його полюсами (падіння напруги на елементі).

Зазначимо, що відповідно до прийнятого на рис. 1.10 напрямків струму й напруги, стрілка напруги вказує напрямок спадання потенціалу, а стрілка струму спрямована від вузла з більшим потенціалом до вузла з меншим потенціалом, тобто так, як нами й було домовлено вище.

Рис. 1.10. Схемне позначення резистивного елемента

Залежність між величиною струму, що протікає крізь резистивний елемент, та величиною падіння напруги на цьому елементі визначається законом Ома, а саме:

                                   (1.5 (а, б)

Наведені співвідношення відповідають закону Ома для обмеженої дільники електричного кола. Існують й інші форми закону Ома: закон Ома для повного кола та закон Ома у диференціальній формі.

У виразі (1.5, а) коефіцієнт пропорційності R зветься електричним опором (часто просто опором) і визначається як

                                        (1.6)

Зазначимо, що для визначення величини R крім назви «електричний опір» використовуються також назви: омічний опір, резистивний опір та активний опір, сенс яких буде пояснено пізніше.

Електричний опір резистивного елементу вимірюється в омах, при цьому

.

Величина зворотна до електричного опору – коефіцієнт пропорційності G у співвідношенні (1.5, б) зветься електричною провідністю і визначається як

                                                   (1.7)

Електрична провідність резистивного елементу вимірюється в сіменсах, при цьому

.

В теорії лінійних електричних кіл величини опору R та провідності G вважаються постійними, незалежними від струму, напруги та інших факторів. В реальних умовах це припущення виконується з визначеною мірою наближення.

Лінійні алгебраїчні співвідношення між струмом і напругою (1.5, а), якими характеризується резистивний елемент (вольт-амперні характеристики) можна подати графічно у вигляді прямої, що проходить через початок координат, з кутовим коефіцієнтом, який дорівнює величині опору резистивного елементу (див. рис. 1.11).

Рис. 1.11. Вольт-амперна характеристика резистивного елемента

Кут нахилу ( кут 1 на рис. 1.11) вольт-амперної характеристики резистивного елемента величиною R визначатиметься із співвідношення

.

Як показано на рис. 1.12, криві струму, що протікає крізь резистивний елемент, та напруги на виводах цього елементу (за умови, якщо вказані величини струму й напруги змінюються у часі) виявляються подібними – їх ординати пропорційні з коефіцієнтом R у будь-який момент часу.

Рис. 1.12. Співвідношення між струмом, що протікає резистивним елементом, та напругою на його виводах за умови змінення цих величин у часі

Електрична потужність, яка виділяється (розсіюється) у резистивному елементі у вигляді тепла (розігріває елемент) визначається як

                                        (1.8)

З (1.8) видно, що потужність, яка розсіюється в резистивному елементі у вигляді тепла є квадратичною функцією струму та напруги. Отже значення цієї функції завжди невід’ємні, тобто енергія завжди надходить від джерела живлення до резистивного елементу; відповідні струм і напруга в будь-який момент часу мають однаковий напрямок.