Существует ли отрицательное сопротивление ?
Под словом «сопротивление» в электротехнике и радиотехнике понимается сопротивление, оказываемое проводником прохождению электрического тока, т. е. движению электрических зарядов.
Существуют вещества, в которых движение зарядов почти невозможно. Такие вещества называются изоляторами. В ряде веществ движение зарядов возможно, но происходит с большим трудом.
Такие вещества получили название полупроводников. Значительное количество веществ относится к категории проводников, характерных тем, что движущиеся заряды встречают в них минимальное сопротивление. Однако даже лучшие проводники, такие, как серебро или медь, все же оказывают движению зарядов определенное сопротивление, на преодоление которого приходится затрачивать мощность.
Возможны ли случаи, когда движение зарядов происходит без сопротивления, т. е. когда сопротивление электрическому току можно считать равным нулю? Мы знаем два таких случая.
Первый из них — движение зарядов в пустоте. Сопротивление движению зарядов физически объясняется столкновениями или иными видами взаимодействия зарядов с частицами вещества. В пустоте, где вещество отсутствует, естественно, отсутствует и его сопротивление движению зарядов. Даже при таком разрежении, какое достигается в электронных лампах и которому еще далеко до пустоты, сопротивление остатков газа столь мало, что им практически можно пренебречь.
Второй случай отсутствия сопротивления наблюдается у некоторых металлов в сверхпроводящем состоянии. Установлено, что ряд металлов, их сплавов и некоторых химических соединений при сильном охлаждении утрачивает сопротивление электрическому току, становится «сверхпроводником».
К ним относятся, например, алюминий, свинец, цинк, уран, ртуть. Температуры, при которых наблюдается переход в сверхпроводящее состояние, колеблются в пределах примерно 1 – 10° абсолютной шкалы температур (нуль абсолютной шкалы соответствует температуре минус 273,16°С).
Физические явления, связанные со сверхпроводимостью, еще окончательно не выяснены, но бесспорными тщательными опытами, проведенными акад. Капицей, подтверждено, что сопротивление материалов в сверхпроводящем состоянии равно нулю или во всяком случае чрезвычайно близко к нему и что, например, ток, возбужденный в кольце из сверхпроводника, не уменьшается и циркулирует все время, пока поддерживается нужная температура.
Возможно ли сопротивление меньше нуля, т. е. сопротивление отрицательное ? В радиотехнике приходится встречаться с понятием отрицательного сопротивления, причем его нельзя считать достаточно- четким и во всех случаях одинаково толкуемым.
В качестве одного из частых примеров отрицательного сопротивления приводится известная особенность работы четырехэлектродной лампы (тетрода) в динатронном режиме. Эта особенность заключается в том, что при увеличении анодного напряжения анодный ток лампы не возрастает, как это должно быть по закону Ома, а, наоборот, уменьшается. По принятому толкованию, это противоречащее основному закону электротехники уменьшение тока при увеличении напряжения, является признаком того, что действующее в цепи сопротивление является отрицательным.
В действительности никакого «отрицательного» сопротивления в подобной цепи нет. Физика динатронного эффекта заключается в том, что электроны, образующие анодный ток, с силой ударяясь об анод, выбивают из него другие электроны, называемые вторичными.
Вторичные электроны, получив в результате удара некоторый запас энергии, отлетают от анода по направлению к экранирующей сетке и могут настолько приблизиться к ней, что притягивающее действие напряжения на экранирующей сетке превысит притягивающее действие напряжения на аноде. Поэтому такие электроны летят к экранирующей сетке, образуют в лампе ток, направленный навстречу нормальному анодному току, и уменьшают его. Действующий анодный ток равен разности двух указанных токов.