Рис. 1.19. Модель струйного движения вязкой жидкости по трубе (справа) и течение электрического тока через контакт (слева)

электрических сопротивлений холодных контактов и когда бы ему необходимы были эти расчеты.

Правильное же понимание физической сущности электротепловых процессов немыслимо без тех теоретических расчетных формул, которые на сегодня могут считаться достоверными. При этом неоднократно приходится прибегать к использованию понятий подобия и к некоторым аналогиям. Вполне, например, допустимо провести аналогию между течением по трубе вязкой жидкости и течением электрического тока по проводу. Эту аналогию рассмотрим с помощью трубной модели. Силовые линии электрического тока можно уподобить струям ламинарного потока вязкой жидкости (рис. 1.19, а). Эти струи встречают концентрированное сопротивление своему движению относительно диафрагмы /, вставленной в трубу (рис. 1.19, б), что приводит к искривлению струй. Если посередине диафрагмы вставлена решетка 2 (рис. 1.19, в), то происходит добавочное, уже микроскопическое искривление струй, и тем самым вводится дополнительное сопротивление движению жидкости. Сопротивления диафрагмы и решетки суммируются. Удалить решетку - значит снять микрогеометрическое искривление и уменьшить общее сопротивление. Ликвидировать диафрагму - устранить вообще всякое местное концентрированное сопротивление. Остается постоянно действующее, равномерно по длине трубы распределенное сопротивление трения жидкости о стенки трубы.

Обратимся к модели стыкового контакта, показанного на рис. 1.8. Относительно контурной площади контакта линии электрического тока искривляются так же, как струи жидкости, протекающей сквозь диафрагму. Что же касается группы элементарных площадок контакта АА то они обеспечивают такого же рода микроискривления линий тока, какие создает внутридиафрагмен-ная решетка в трубе для струй жидкости. Теперь видно, что общее, или полное электрическое сопротивление контакта можно представлять как сумму

?кс = гс+1иг. 0-63)

где Ггс - геометрическая составляющая полного сопротивления стыкового контакта R (эта составляющая определяется искривлением линий электрического тока, определяемым контурной площадью контакта); г г - внутреннее сопротивление контакта, которое создается искривлением линий электрического тока при протекании через микроконтакты шероховатости. Равенство (1.63) соответствует случаю контактирования идеально чистых метал-, лических поверхностей.

Если же шероховатая поверхность к тому же покрыта физически ощутимым слоем оксида, то сумма (1.63) усложняется еще двумя слагаемыми: сопротивлением материала самой оксидной пленки Гпл и полярным сопротивлением границы оксид - металл Ггрт- Эта последняя составляющая полярна по той причине, что каждый оксид - это полупроводник, и на границе его с чистым металлом создается электронно-дырочный переход. Мало того, если где-то в плоскости контакта возник островок расплавленного металла, то и граница жидкого металла с твердым тоже представляет собой полярное электрическое сопротивление. Всякая граница структурно различных объемов в металле, а также граница химически различных веществ является физическим контактом. Само собой разумеется, что количественный учет сопротивлений пл. грт и других граничных сопротивлений очень сложен и теоретическим расчетам вообще не поддается. К счастью, расчеты этих сопротивлений практически не нужны. Однако помнить о существовании этих сопротивлений необходимо, поскольку значительный элемент нестабильности электрических, сопротивлений холодных контактов обусловливается именно оксидными и адсорбционными наслоениями на контактирующих поверхностях.

Если определить сумму тех главных и основных составляющих полного сопротивления контакта, о которых технолог должен помнить постоянно, то для стыкового контакта

Rhc = Ггс + Гмг + Гпл- (I -64)

Расчет первой составляющей, как будет показано ниже, обеспечивается с достаточной инженерной точностью. Расчет второй составляющей, как уже отмечалось, содержит ощутимую неопределенность. Третья составляющая вообще, пока уверенному расчету не поддается.

Для отчетливого представления об электрических сопротивлениях контактов или целых фигур сложной формы, которые приходится подвергать нагреву, необходимо установить: что же такое есть искривление линий электрического тока и почему это определяет местную концентрацию электрического сопротивления.

Если границы А и В (рис. 1.20) связаны силовыми линиями электрического поля, то сопротивление единичной трубки тока

Рис. 1.20 Схематическое изображение линий электрического тока в проводящей среде

В этой записи удельное сопротивление может быть переменным по длине трубки, т. е. р = fl (х), а сечение трубки тоже переменным в пространстве от Л до В: AS = (х),

тогда (1.65) перепишется так: в

Отсюда видно, что большая кривизна трубки удлиняет путь тока от одной границы к другой, а этот факт и создает эффект возрастания электрического сопротивления.

Если р постоянно по всей длине и сечение трубки также постоянно, то

Гед = рд:/Д5, (1.67)

но это только при условии абсолютно равномерного распределения тока по сечению трубки, что имеет место только для проволок или стержней, когда по ним протекает постоянный ток. Если же имеем, дело с более сложными геометрическими фигурами, то и при постоянном токе электрическое сопротивление вычислить правильно по формуле (1.67) нельзя. К сожалению, этот принцип почти все технологи совершенно упускают из виду. Для того чтобы внести полную ясность в понятия электрических сопротивлений конкретных контактов и деталей, необходим подробный анализ распределения электрического тока в металле.

Рассмотрим несколько типовых токоведущих деталей.

Цилиндрический стержень по рис. 1.21, а, нагруженный постоянным током, оказывает электрическое сопротивление между точками /-2, точно соответствующее рассчитанному по формуле (1.67). Однако сопротивление конического стержня (рис. 1.21, б) надо определять, руководствуясь формулой (1.65). Если высоту всего (целого) конуса обозначить А, то применительно к схеме, изображенной на рис. 1.2, б, можно записать равенство тангенсов:

откуда

~ 2 (Д - /)

Сделав подстановку в формулу (1.66), сопротивление усеченного конуса можно определить:

4р

ал 4р j

(Д - Z) nDd

(1.68)