Сопротивление электрического контакта. 
Понятие переходного сопротивления контакта

Для выяснения сущности явления электрического контакта рассмотрим механический контакт двух металлических твердых тел.

Пусть имеется однородный линейный проводник неизменного по длине поперечного сечения (рис. 5.4, а), по которому протекает постоянный ток I. Между точками А и В, находящимися на расстоянии /, можно измерить разность потенциалов, которая, к примеру, равна U_x. Тогда активное сопротивление участка проводника R_x = U_x/I.

Если разрезать проводник в средней части длины / и затем снова соединить его, сжав силой Р (рис. 5.4, б), то при протекании того же тока I можно обнаружить разность потенциалов U₂ между точками А и В, большую чем разность потенциалов U_x. В этом опыте сопротивление R₂ = U₂/I.

Рис. 5.4. Схема контакта:

а — однородный проводник; 6 — контакт Такое явление увеличения сопротивления контактирующих отрезков проводника по сравнению с однородным проводником проявляется всегда, даже при самой тщательной обработке поверхностей.

Разность сопротивлений R_K = R₂ — R называется переходным сопротивлением контакта. Опытами установлено, что увеличение силы сжатия Р влечет за собой уменьшение переходного сопротивления контакта.

Из рассмотренного выше можно, например, предположить, что изменение сопротивления на величину R_K произошло из-за наличия каких-либо посторонних пленок на поверхностях контактирующих металлических тел, так как эти возможные (например, оксидные или сульфидные) пленки, не являются металлами и даже при небольшой толщине могут создавать дополнительное сопротивление. Если такое дополнительное сопротивление есть, то оно обозначается далее R_UT

Однако, из опытных данных следует, что переходное сопротивление контактов оказывается большим, чем сопротивление R_UjV и даже если сопротивление R_U4 = 0, то все же сопротивление R_Kf для твердых контактов всегда отличается от нуля.

Очевидно, кроме пленок на поверхности контакт-деталей, существуют еще какие-то причины возникновения переходного сопротивления.

При любой, сколь угодно чистой обработке два металлических тела соприкасаются не, но всей видимой поверхности, а лишь в отдельных точках по микровыступам, как это представлено рис. 5.5, а.

Обычно для обеспечения надежного протекания электрического тока контакты сжимают силой, которая называется силой контактного нажатия. Эта сила может создаваться при затяжке болтов, при обжатии контактного наконечника на конце провода или кабеля или из-за деформации пружин контактной системы. При этом микровыступы, по которым произошел начальный контакт, деформируются. В соприкосновение могут прийти другие выступы, и они также могут деформироваться. На поверхности образуются площадки, которые и воспринимают усилие контактного нажатия. Давление в разных точках поверхности контактных площадок в общем случае не одинаково и может вызывать как упругие, так и пластические деформации.

Рис. 5.5. Контактирующие металлические поверхности:

а — профилограмма; б — области непосредственного контактирования, расположенные на кажущейся поверхности соприкосновения Общая поверхность тела, которая ограничена контуром поперечного сечения контактирующего проводника, называется кажущейся контактной поверхностью. На этой поверхности можно увидеть площадки, полученные в результате деформации микровыступов, которые воспринимают усилие, сжимающее контакты. Эта часть контактной поверхности называется поверхностью, воспринимающей усилие. Вид поверхности одного из тел, которые находились в соприкосновении, представлен на рис. 5.5, б.

Очевидно, что электрический ток может проходить только в гой части контактной поверхности, в которой имеет место механический контакт, т. е. через области поверхности, воспринимающие усилие. Однако условие механического контакта является необходимым, но недостаточным.

При внимательном рассмотрении поверхности, воспринимающей усилие, можно видеть, что она весьма неоднородна. В общем случае одна часть ее покрыта пленками оксидов, другая — адгезионными или хемосорбированными слоями атомов кислорода и, наконец, третья часть представляет собой чисто металлическую поверхность.

Поверхность, покрытая оксидными пленками, обладает большим электрическим сопротивлением, поскольку удельное сопротивление оксидов на несколько порядков выше удельного сопротивления чистых металлов. Например, для меди удельное электрическое сопротивление при 0 °C составляет 1,62 • 10 ⁸ Ом • м, для оксида меди (СиО) — от 1 до 10 Ом • м, для закиси меди (Си₂0) — от 10⁶ до 10⁷ Ом • м.

Площадки, покрытые адгезионными и хемосорбированными слоями атомов кислорода, могут проводить электрический ток за счет туннельного эффекта. Эти участки поверхности имеет квазиметаллический характер проводимости.

И наконец, третья часть поверхности, воспринимающей усилия сжатия, проводит электрический ток благодаря чисто металлической проводимости.

Квазиметаллические и металлические поверхности контакта принято называть а-пятнами. Это именно те части контактной поверхности, через которые в электрических контактах протекает ток.