23 | 01 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2943
Просмотры материалов : 8123695

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
Сейчас на сайте:
  • 49 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Последние новости
Нелинейная проводимость PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.06.2012 15:18

Нелинейная проводимость

"Достижения сделаны, отвечая на вопросы. Открытия делаются под сомнение ответы".

Бернхард Haisch, астрофизик

Закон Ома это простой и мощный математический инструмент помогает нам анализировать электрические цепи, но он имеет свои ограничения, и мы должны понять эти ограничения для того, чтобы правильно применить его к реальной схемы. Для большинства проводников, сопротивление является достаточно стабильным собственности, в значительной степени не зависит от напряжения или тока. По этой причине мы можем рассматривать сопротивление многих компонентов цепи как константа, напряжения и тока, непосредственно связанных друг с другом.

Например, наш предыдущий пример цепи с 3 лампы Ω, мы рассчитали текущий через схему путем деления напряжения на сопротивление (I = E / R). С 18-вольтовой батареи, наши ток на 6 ампер. Удвоение напряжение батареи на 36 вольт в результате удвоилось ток 12А. Все это имеет смысл, конечно, при условии, что лампа продолжает оказывать точно такое же количество трения (сопротивления) в поток электронов через него: 3 Ω.

Тем не менее, реальность не всегда это просто. Одним из явлений рассматривается в следующей главе, что сопротивление проводника меняется с температурой. В лампе накаливания (вид, используя принцип электрического тока нагрева тонкой нити провода к тому, что она светится белого каления), сопротивление нити проволоки резко возрастет, как это согревает от комнатной температуры до рабочей температуры. Если бы мы могли увеличить напряжение питания в реальной цепи лампы, в результате увеличения тока приведет к тому, нити к повышению температуры, которая в свою очередь, увеличение его сопротивление, тем самым предотвращая дальнейшее увеличение тока без дальнейшего увеличения напряжения питания. Следовательно, напряжение и ток не следовать простым уравнением "I = E / R" (с R принимается равным 3 Ω), потому что сопротивление нити накаливания лампы не остаются стабильными для различных течений.

Феномен сопротивления меняется с изменением температуры является одним разделяют почти все металлы, большинство из которых изготавливаются провода. В большинстве случаев, эти изменения сопротивления достаточно малы, чтобы быть проигнорировано. При применении нитей металл лампы, изменение оказывается достаточно большим.

Это только один пример "нелинейности" в электрических цепях. Это далеко не единственный пример. "Линейная" функции в математике это тот, который отслеживает прямой, когда нанесены на график. Упрощенная версия цепи лампы с постоянным сопротивлением нити 3 Ω создает сюжет так:

Прямолинейный участок тока по напряжению показывает, что сопротивление является устойчивой, неизменной ценность для широкого круга цепи напряжения и тока. В «идеальной» ситуации, это так. Резисторы, которые производятся для обеспечения определенного, стабильного значения сопротивления, ведут себя очень похоже на сюжет из значений видели выше. Математик назвал бы их поведению "линейный".

Более реалистичный анализ цепи лампы, однако, в течение нескольких различных значениях напряжения батареи создаст сюжет этой формы:

Сюжет не по прямой линии. Она резко возрастает слева, а напряжение растет от нуля до низкого уровня. Как прогрессирует справа мы видим линию уплощение, схема требует все больше и больше увеличивается напряжения для обеспечения равных увеличение тока.

Если мы попытаемся применить закон Ома, чтобы найти сопротивление этой цепи лампы с значения напряжения и тока построена выше, мы приходим к несколько различных значений. Можно сказать, что сопротивления здесь является нелинейной, возрастает с увеличением тока и напряжения. Нелинейность обусловлена ​​воздействия высоких температур на металлической проволоки лампы накаливания.

Другим примером нелинейного тока проводимости через газы, такие как воздух. В стандартной температуре и давлении, воздуха является эффективным изолятором. Однако, если напряжение между двумя проводниками, разделенных воздушным зазором значительно возрастает достаточно, молекулы воздуха между разрывом станет «ионизированный», имея их электронов снял в силу высокого напряжения между проводами. После ионизованного воздуха (и других газов) становятся хорошими проводниками электричества, что позволяет потока электронов, где никто не мог бы существовать до ионизации. Если мы нарисуем график тока по напряжению на графике, как мы делали с цепи лампы, эффект ионизации будет хорошо видно, как нелинейная:

На графике показана приблизительно на небольшой воздушный зазор (менее одного дюйма). Большой воздушный зазор даст более высокий потенциал ионизации, но и форму I / E кривой будет очень похожи: практически нет, пока потенциал ионизации была достигнута, то существенной проводимости после этого.

Кстати, это и является причиной молний существуют в виде мгновенной скачки, а не непрерывный поток электронов. Напряжение построен между землей и облаками (или между различными наборами облака) необходимо увеличить до точки, где она преодолевает потенциала ионизации воздушного промежутка до ионизирует воздух достаточно, чтобы поддержать существенный поток электронов. Как только она, нынешняя будет и впредь проводить через ионизированный воздух, пока статического заряда между двумя точками истощает. Когда заряд истощается настолько, что напряжение падает ниже порога другой точке, в воздухе де-ионизирует и возвращается в свое нормальное состояние чрезвычайно высокой прочностью.

Многие твердые изоляционные материалы обладают аналогичными свойствами сопротивления: чрезвычайно высокая устойчивость к электронным потоком ниже некоторого критического порогового напряжения, то гораздо меньшее сопротивление при напряжении за этот порог. После того, как твердый изоляционный материал был скомпрометирован высокого напряжения пробоя, как его еще называют, часто не возвращаются в прежнее состояние изоляционного, в отличие от большинства газов. Это может изолировать раз при низком напряжении, но его пробоя напряжением будет уменьшено до некоторых более низкого уровня, которые могут позволить разрушение происходит более легко в будущем. Это обычный режим отказа в высоковольтных проводов: изоляция повреждения в результате срыва. Такие ошибки могут быть обнаружены с помощью специального метров сопротивление использованием высокого напряжения (1000 вольт и более).

Есть схема компоненты специально разработаны для обеспечения нелинейной кривой сопротивления, один из которых варистор. Обычно изготавливается из соединений, таких как оксид цинка или карбида кремния, эти устройства поддерживают высокую устойчивость через их терминалы до определенного "стрельбы" или "пробой" напряжения (эквивалент "ионизации" в воздушный зазор) не будет достигнуто, в какой момент их сопротивление резко уменьшается. В отличие от пробоя диэлектрика, варистор пробоя повторяется, то есть он предназначен для выдержать повторных пробоев без сбоев. Картина варистор показано здесь:

Существуют также специальные газовых труб разработана, чтобы сделать то же самое, используя тот же самый принцип действует в ионизации воздуха молнии.

Другие электрические компоненты обладают еще более странно ток / напряжение кривые, чем эта. Некоторые устройства на самом деле наблюдается снижение тока с ростом приложенного напряжения. Поскольку наклон ток / напряжение этого явления является отрицательным (рыбалка вниз, а вверх по мере продвижения слева направо), он известен как отрицательное сопротивление.

В частности, высокого вакуума электронные лампы известны как тетроды и полупроводниковые диоды известный как Есаки или туннельные диоды обладают отрицательным сопротивлением для определенных диапазонов приложенного напряжения.

Закон Ома не очень полезна для анализа поведения компонентов, таких как эти, где сопротивление изменяется в зависимости от напряжения и тока. Некоторые даже предположили, что "Закон Ома" должен быть понижен в статусе "Закон", поскольку она не является универсальной. Может быть, точнее было бы называть уравнением (R = E / I) определение сопротивления, как подобает для данного класса материалов в узком диапазоне условий.

Для удобства студентов, однако, будем считать, что сопротивление указано в примере схем стабильной в широком диапазоне условий, если не указано иное. Я просто хотел подвергать тебя немного сложность реального мира, чтобы мне дать вам ложное впечатление, что все электрические явления могут быть сведены в несколько простых уравнений.

  • ОБЗОР:
  • Сопротивление большинства проводящих материалов стабильная в широком диапазоне условий, но это не относится ко всем материалам.
  • Любая функция, которая может быть отображена на графике в виде прямой линии, называется линейной функцией. Для цепей со стабильным сопротивлением, сюжет тока по напряжению линейный (I = E / R).
  • В схемах, где сопротивление изменяется с изменением либо напряжения или тока, сюжет тока по напряжению будет нелинейным (не прямой).
  • Варистор является компонентом, который меняет сопротивление величина напряжения на нем впечатление. С небольшим напряжение на нем, его устойчивость высока. Затем, в определенный «пробоя» или «стрельба» напряжение, сопротивление резко уменьшается.
  • Отрицательное сопротивление, где ток через компонент фактически уменьшается приложенного напряжения на нем увеличивается. Некоторые электронные лампы и полупроводниковые диоды (в первую очередь, трубка тетрод и Есаки или туннельный диод, соответственно), имеют отрицательное сопротивление в определенном диапазоне напряжений.
 
Для тебя
выгодные вложения в интернете
Читай
Товарищи
Друзья