Seetõttu on oluline teada kõigi kasutatud elementide ja materjalide parameetreid. Ja mitte ainult elektriline, vaid ka mehaaniline. Ja võta endale mugavad võrdlusmaterjalid, mis võimaldab teil võrrelda erinevate materjalide omadusi ning valida disainiks ja tööks täpselt seda, mis on konkreetses olukorras optimaalne.
Elektriülekandeliinides, kus ülesanne on kõige tootlikum ehk kõrge kasuteguriga tuua tarbijani energiat, võetakse arvesse nii kadude ökonoomsust kui ka liinide endi mehaanikat. Liini lõplik majanduslik efektiivsus sõltub mehaanikast - see tähendab juhtide, isolaatorite, tugede, tõusu- / astmetrafode paigutusest ja paigutusest, kõigi konstruktsioonide kaalust ja tugevusest, sealhulgas pikkadele vahemaadele venitatud juhtmetest, samuti iga konstruktsioonielemendi jaoks valitud materjalide kohta. , selle töö- ja kasutuskulud. Lisaks on elektrit edastavates liinides kõrgemad nõuded nii liinide endi kui ka läbisõidukeskkonna ohutuse tagamiseks. Ja see lisab kulusid nii elektrijuhtmestiku tagamiseks kui ka täiendavat ohutusvaru kõikidele konstruktsioonidele.
Võrdluseks taandatakse andmed tavaliselt ühtseks võrreldavaks vormiks. Sageli lisatakse sellistele omadustele epiteet "spetsiifiline" ja väärtusi endid peetakse mõnel standardil füüsikaliste parameetrite osas ühtseks. Näiteks spetsiifiline elektritakistus- see on mõnest metallist (vask, alumiinium, teras, volfram, kuld) valmistatud juhi takistus (oomi), millel on ühikuline pikkus ja ühikuline sektsioon kasutatavate ühikute süsteemis (tavaliselt SI-s). Lisaks on täpsustatud temperatuur, kuna kuumutamisel võib juhtide takistus käituda erinevalt. Aluseks võetakse normaalsed keskmised töötingimused - 20 kraadi Celsiuse järgi. Ja seal, kus keskkonna parameetrite (temperatuur, rõhk) muutmisel on olulised omadused, võetakse kasutusele koefitsiendid ning koostatakse täiendavad sõltuvuste tabelid ja graafikud.
Takistuse tüübid
Sest vastupanu on:
- aktiivne - või oomiline, takistuslik - tuleneb elektrienergia maksumusest juhi (metalli) soojendamiseks selle läbimisel elektrivool ja
- reaktiivne - mahtuvuslik või induktiivne - mis tuleneb vältimatutest kadudest, et tekitada muutusi elektriväljade juhti läbivas voolus, siis võib juhi eritakistus olla kahte tüüpi:
- Elektriline eritakistus alalisvoolule (takistusliku iseloomuga) ja
- Elektriline eritakistus vahelduvvoolule (reaktiivse iseloomuga).
Siin on 2. tüüpi eritakistus keeruline väärtus, see koosneb TP kahest komponendist - aktiivsest ja reaktiivsest, kuna takistustakistus on voolu läbimisel alati olemas, olenemata selle olemusest, ja reaktiivtakistus ilmneb ainult vooluahela mis tahes muutumisel. Alalisvooluahelates esineb reaktants ainult siirdeperioodide ajal, mis on seotud voolu sisselülitamisega (voolu muutumine 0-st nimiväärtuseni) või väljalülitamisega (erinevus nimiväärtusest 0-ni). Ja neid võetakse tavaliselt arvesse ainult ülekoormuskaitse projekteerimisel.
Vahelduvvooluahelates on reaktantsidega seotud nähtused palju mitmekesisemad. Need ei sõltu mitte ainult voolu tegelikust läbimisest teatud sektsiooni, vaid ka juhi kujust ning sõltuvus ei ole lineaarne.
Fakt on see, et vahelduvvool indutseerib elektriväli nii selle juhi ümber, mille kaudu see voolab, kui ka juhis endas. Ja sellest väljast tekivad pöörisvoolud, mis tekitavad laengute tegeliku põhiliikumise “väljasurumise” kogu juhi lõigu sügavusest selle pinnale, nn “nahaefekti” (nahast). - nahk). Selgub, et pöörisvoolud justkui “varastavad” selle ristlõike juhilt. Vool liigub teatud kihis pinna lähedal, ülejäänud juhtme paksus jääb kasutamata, see ei vähenda selle takistust ja juhtide paksust pole lihtsalt mõtet suurendada. Eriti kõrgetel sagedustel. Seetõttu mõõdetakse vahelduvvoolu puhul takistusi sellistes juhtmete ristlõigetes, kus kogu selle ristlõiget võib pidada pinnalähedaseks. Sellist traati nimetatakse õhukeseks, selle paksus on võrdne selle pinnakihi kahekordse sügavusega, kus pöörisvoolud tõrjuvad välja juhis voolava kasuliku põhivoolu.
Loomulikult ei piirdu ristlõikega ümarate juhtmete paksuse vähendamine tõhusat rakendamist vahelduvvoolu. Juhti saab õhendada, kuid samal ajal lindi kujul lamedaks teha, siis on ristlõige vastavalt ümara traadi omast suurem ja takistus väiksem. Lisaks suurendab lihtsalt pindala suurendamine efektiivset ristlõiget. Sama võib saavutada ka keerutatud traadi kasutamisel ühe keeru asemel, lisaks on keerutatud traat paindlikkuse poolest parem kui üksikjuhe, mis on sageli ka väärtuslik. Teisest küljest, võttes arvesse juhtmete nahaefekti, on võimalik teha juhtmeid komposiitmaterjalist, tehes südamiku metallist, millel on head tugevusomadused, näiteks teras, kuid madalad elektrilised omadused. Samal ajal tehakse terase peale alumiiniumpunutis, millel on väiksem takistus.
Lisaks nahaefektile mõjutab vahelduvvoolu voolu juhtides ümbritsevate juhtide pöörisvoolude ergastus. Selliseid voolusid nimetatakse vastuvõtuvooludeks ja need indutseeritakse nii metallides, mis ei mängi juhtmestiku rolli (kandvad konstruktsioonielemendid), kui ka kogu juhtiva kompleksi juhtmetes - mängides teiste faaside juhtmete rolli, null, maandus. .
Kõiki neid nähtusi leidub kõigis elektriga seotud disainilahendustes, mis suurendab veelgi, kui oluline on, et teie käsutuses oleks kokkuvõtlik viiteteave mitmesuguste materjalide kohta.
Juhtide takistust mõõdetakse väga tundlike ja täpsete instrumentidega, kuna juhtmestikuks valitakse metallid ja neil on madalaim takistus - suurusjärgus oomi * 10 -6 oomi pikkuse ja ruudu meetri kohta. mm. lõigud. Isolatsiooni eritakistuse mõõtmiseks on vaja instrumente, vastupidi, millel on väga suured takistuse väärtused - tavaliselt megaoomid. On selge, et juhid peavad hästi juhtima ja isolaatorid peavad olema hästi isoleeritud.
Tabel
| Juhtide (metallid ja sulamid) eritakistuste tabel |
||||
| Juhtmaterjal | Koostis (sulamitele) | Vastupidavus ρ mΩ × mm 2 / m |
||
| vask, tsink, tina, nikkel, plii, mangaan, raud jne. | ||||
| Alumiiniumist | ||||
| Volfram | ||||
| Molübdeen | ||||
| vask, tina, alumiinium, räni, berüllium, plii jne (va tsink) | ||||
| raud, süsinik | ||||
| vask, nikkel, tsink | ||||
| Manganiin | vask, nikkel, mangaan | |||
| Constantan | vask, nikkel, alumiinium | |||
| nikkel, kroom, raud, mangaan | ||||
| raud, kroom, alumiinium, räni, mangaan | ||||
Raud kui juht elektrotehnikas
Raud on looduses ja tehnikas levinuim metall (pärast vesinikku, mis on samuti metall). See on ka odavaim ja suurepäraste tugevusomadustega, seetõttu kasutatakse seda kõikjal erinevate konstruktsioonide tugevuse alusena.
Elektrotehnikas kasutatakse rauda juhtmena terasest painduvate juhtmete kujul, kus on vaja füüsilist tugevust ja painduvust ning soovitud takistuse saab saavutada tänu sobivale lõigule.
Erinevate metallide ja sulamite eritakistuste tabeli olemasolul on võimalik arvutada erinevatest juhtmetest valmistatud juhtmete ristlõikeid.
Näitena proovime leida erinevatest materjalidest: vask-, volfram-, nikkel- ja raudtraatide elektriliselt samaväärse ristlõike. Esialgu võtke alumiiniumtraat ristlõikega 2,5 mm.
Meil on vaja, et 1 m pikkuse traadi takistus oleks kõigist nendest metallidest võrdne algse takistusega. Alumiiniumi takistus 1 m pikkuse ja 2,5 mm ristlõike kohta on võrdne
Kus R- vastupanu, ρ - metalli vastupidavus laualt, S- ristlõike pindala, L- pikkus.
Asendades algväärtused, saame meetripikkuse alumiiniumtraadi tüki takistuse oomides.
Pärast seda lahendame S valemi
Asendame tabelis olevad väärtused ja saame erinevate metallide ristlõikepindalad.
Kuna tabelis on eritakistust mõõdetud 1 m pikkusel traadil, mikrooomides 1 mm 2 sektsiooni kohta, saime selle mikrooomides. Selle saamiseks oomides peate väärtuse korrutama 10 -6-ga. Kuid oomide arvu, mille pärast koma on 6 nulli, pole meil vaja saada, kuna lõpptulemuse leiame ikkagi mm 2-des.
Nagu näete, on raua takistus üsna suur, traat on paks.
Kuid on materjale, millel on veelgi rohkem, näiteks nikliin või konstantaan.
Sulgemisel elektriahel, mille klemmides on potentsiaalide erinevus, tekib elektrivool. Elektrivälja jõudude mõjul vabad elektronid liiguvad mööda juhti. Oma liikumisel põrkuvad elektronid juhi aatomitega ja annavad neile oma kineetilise energia reservi. Elektronide liikumise kiirus on pidevas muutumises: elektronide kokkupõrkes aatomite, molekulide ja teiste elektronidega see väheneb, seejärel suureneb elektrivälja mõjul ja väheneb uuesti uue kokkupõrke korral. Selle tulemusena on juht seatud ühtlane liikumine elektronide voogu kiirusega paar sentimeetrit sekundis. Järelikult kogevad juhti läbivad elektronid liikumisel alati vastupanu selle küljelt. Kui elektrivool läbib juhti, siis viimane soojeneb.
Elektritakistus
Juhi elektritakistus, mida tähistatakse Ladina täht r, nimetatakse keha või keskkonna omaduseks teiseneda elektrienergia soojuseks, kui seda läbib elektrivool.
Diagrammidel on elektritakistus näidatud joonisel 1 näidatud viisil, a.
Nimetatakse muutuvat elektritakistust, mis muudab vooluahelas voolu reostaat. Diagrammidel on reostaadid tähistatud nii, nagu on näidatud joonisel 1, b. AT üldine vaade Reostaat on valmistatud ühe või teise takistusega traadist, mis on keritud isoleerivale alusele. Reostaadi liugur või hoob asetatakse kindlasse asendisse, mille tulemusena sisestatakse ahelasse soovitud takistus.
Pikk väikese ristlõikega juht loob suure voolutakistuse. Suure ristlõikega lühikestel juhtidel on voolukindlus väike.
Kui võtta kaks erinevast materjalist, kuid sama pikkuse ja läbilõikega juhti, juhivad juhid voolu erineval viisil. See näitab, et juhi takistus sõltub juhi enda materjalist.
Juhi temperatuur mõjutab ka selle takistust. Temperatuuri tõustes suureneb metallide vastupidavus ning väheneb vedelike ja kivisöe vastupidavus. Ainult mõned spetsiaalsed metallisulamid (manganiin, konstantaan, nikliin ja teised) ei muuda temperatuuri tõustes peaaegu oma vastupidavust.
Seega näeme, et juhi elektritakistus sõltub: 1) juhi pikkusest, 2) juhi ristlõikest, 3) juhi materjalist, 4) juhi temperatuurist.
Takistuse ühik on üks oomi. Om on sageli tähistatud kreeka keeles suur algustähtΩ (oomega). Nii et selle asemel, et kirjutada "Juhi takistus on 15 oomi", võite lihtsalt kirjutada: r= 15Ω.
1000 oomi nimetatakse 1 kilooomi(1kΩ või 1kΩ),
1 000 000 oomi nimetatakse 1 megaoomi(1mgOhm või 1MΩ).
Erinevatest materjalidest juhtmete takistuse võrdlemisel on vaja iga proovi jaoks võtta teatud pikkus ja lõik. Siis saame hinnata, milline materjal juhib elektrivoolu paremini või halvemini.
Video 1. Juhtide takistus
Elektriline eritakistus
Nimetatakse 1 m pikkuse ja 1 mm² ristlõikega juhi takistust oomides takistus ja seda tähistatakse kreeka tähega ρ (ro).
Tabelis 1 on toodud mõnede juhtide eritakistused.
Tabel 1
Erinevate juhtide takistus
Tabel näitab, et 1 m pikkuse ja 1 mm² ristlõikega raudtraadi takistus on 0,13 oomi. 1 oomi takistuse saamiseks peate võtma 7,7 m sellist traati. Hõbedal on madalaim takistus. 1 oomi takistuse saab saada, kui võtta 62,5 m hõbetraati ristlõikega 1 mm². Hõbe on parim juht, kuid hõbeda hind välistab selle laialdase kasutamise. Tabelis hõbeda järel tuleb vask: 1 m vasktraadi ristlõikega 1 mm² takistus on 0,0175 oomi. 1 oomi takistuse saamiseks peate võtma 57 m sellist traati.
Keemiliselt puhas, rafineerimise teel saadud vask on leidnud laialdast kasutust elektrotehnikas juhtmete, kaablite, elektrimasinate ja -aparaatide mähiste valmistamiseks. Juhtidena kasutatakse laialdaselt ka alumiiniumi ja rauda.
Juhi takistust saab määrata järgmise valemiga:
kus r- juhi takistus oomides; ρ - juhi eritakistus; l on juhi pikkus meetrites; S– juhtme ristlõige mm².
Näide 1 Määrake 200 m raudtraadi takistus ristlõikega 5 mm².
Näide 2 Arvutage 2 km pikkuse alumiiniumtraadi takistus, mille ristlõige on 2,5 mm².
Takistuse valemi järgi saate hõlpsasti määrata juhi pikkuse, takistuse ja ristlõike.
Näide 3 Raadiovastuvõtja jaoks on vaja 0,21 mm² ristlõikega nikkeltraadist kerida takistuseks 30 oomi. Määrake vajalik traadi pikkus.
Näide 4 Määrake 20 m nikroomtraadi ristlõige, kui selle takistus on 25 oomi.
Näide 5 0,5 mm² ristlõikega ja 40 m pikkuse traadi takistus on 16 oomi. Määrake traadi materjal.
Juhi materjal iseloomustab selle takistust.
Takistuse tabeli järgi leiame, et pliil on selline takistus.
Eespool oli öeldud, et juhtmete takistus sõltub temperatuurist. Teeme järgmise katse. Kerime mitu meetrit peenikest metalltraati spiraali kujul ja muudame selle spiraali akuahelaks. Voolu mõõtmiseks vooluringis lülitage ampermeeter sisse. Spiraali põleti leegis kuumutades on näha, et ampermeetri näidud vähenevad. See näitab, et metalltraadi takistus suureneb kuumutamisel.
Mõnede metallide puhul suureneb takistus 100 ° võrra kuumutamisel 40–50%. On sulameid, mis muudavad kuumuse mõjul oma vastupidavust veidi. Mõned spetsiaalsed sulamid ei muuda temperatuuriga peaaegu vastupidavust. Metalljuhtide takistus suureneb temperatuuri tõustes, elektrolüütide (vedeljuhtide), kivisöe ja mõnede tahkete ainete takistus, vastupidi, väheneb.
Metallide võimet muuta oma takistust temperatuurimuutustega kasutatakse takistustermomeetrite konstrueerimiseks. Selline termomeeter on vilgukiviraamile keritud plaatinatraat. Asetades termomeetri näiteks ahju ja mõõtes plaatinatraadi takistust enne ja pärast kuumutamist, saab määrata ahju temperatuuri.
Juhi takistuse muutust selle kuumutamisel 1 oomi algtakistusest ja 1 ° temperatuuri kohta nimetatakse temperatuuri takistustegur ja seda tähistatakse tähega α.
Kui temperatuuril t 0 juhi takistus on r 0 ja temperatuuril t võrdub r t, siis takistuse temperatuuritegur
Märge. Seda valemit saab arvutada ainult teatud temperatuurivahemikus (kuni umbes 200 °C).
Mõnede metallide jaoks anname temperatuuri takistuse koefitsiendi α väärtused (tabel 2).
tabel 2
Mõne metalli temperatuurikoefitsiendi väärtused
Temperatuuri takistuse koefitsiendi valemist määrame r t:
r t = r 0 .
Näide 6 Määrake temperatuurini 200 °C kuumutatud raudtraadi takistus, kui selle takistus 0 °C juures oli 100 oomi.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oomi.
Näide 7 Plaatinatraadist valmistatud takistustermomeetril ruumis, mille temperatuur oli 15°C, oli takistus 20 oomi. Termomeeter pandi ahju ja mõne aja pärast mõõdeti selle takistust. Selgus, et see võrdub 29,6 oomiga. Määrake ahju temperatuur.
elektrijuhtivus
Seni oleme pidanud juhtme takistust takistuseks, mida juht annab elektrivoolule. Vool aga voolab läbi juhi. Seetõttu on juhil lisaks takistusele (takistustele) ka võime juhtida elektrivoolu ehk juhtivust.
Mida suurem on juhi takistus, seda väiksem on selle juhtivus, seda halvemini juhib see elektrivoolu ja vastupidi, mida väiksem on juhi takistus, mida suurem on juhi juhtivus, seda lihtsam on voolul juhti läbida. Seetõttu on juhi takistus ja juhtivus vastastikused suurused.
Matemaatikast on teada, et 5 pöördväärtus on 1/5 ja vastupidi, 1/7 pöördväärtus on 7. Seega, kui juhi takistust tähistada tähega r, siis on juhtivus defineeritud kui 1/ r. Juhtivust tähistatakse tavaliselt tähega g.
Elektrijuhtivust mõõdetakse (1/oomi) või siemenites.
Näide 8 Juhi takistus on 20 oomi. Määrake selle juhtivus.
Kui a r= siis 20 oomi
Näide 9 Juhi juhtivus on 0,1 (1/oomi). Määrake selle takistus
Kui g \u003d 0,1 (1 / oomi), siis r= 1 / 0,1 = 10 (oomi)
Elektrivool I mis tahes aines tekib laetud osakeste liikumisel teatud suunas välisenergia rakendamisel (potentsiaalide erinevus U). Igal ainel on individuaalsed omadused, mis mõjutavad voolu läbimist selles erineval viisil. Neid omadusi hinnatakse elektritakistuse R abil.
Georg Ohm määras empiiriliselt kindlaks aine elektritakistuse suurust mõjutavad tegurid, mis tuletati pingest ja voolust, mis on tema nime saanud. Takistuse ühik sisse rahvusvaheline süsteem SI on tema nime saanud. 1 oomi on takistuse väärtus, mõõdetuna temperatuuril 0 ° C homogeense materjali jaoks elavhõbedasammas Pikkus 106,3 cm, ristlõikepindala 1 mm 2 .
Definitsioon
Elektriseadmete valmistamise materjalide hindamiseks ja praktikasse viimiseks mõiste "juhi takistus". Lisatud omadussõna "spetsiifiline" viitab kõnealuse aine puhul vastuvõetud võrdlusmahu väärtuse kasutamise tegurile. See võimaldab hinnata erinevate materjalide elektrilisi parameetreid.
Samal ajal võetakse arvesse, et juhi takistus suureneb selle pikkuse suurenemise ja ristlõike vähenemisega. SI-süsteem kasutab homogeense juhtme ruumala pikkusega 1 meeter ja ristlõikega 1 m 2. Tehnilistes arvutustes kasutatakse vananenud, kuid mugavat süsteemivälist mahuühikut, mille pikkus on 1 meeter ja pindala on 1 mm 2. Takistuse ρ valem on näidatud joonisel.
Määramiseks elektrilised omadused aineid, on kasutusele võetud veel üks omadus - erijuhtivus b. See on pöördvõrdeline takistuse väärtusega, määrab materjali võime juhtida elektrivoolu: b = 1/ρ.
Kuidas sõltub vastupidavus temperatuurist?
Materjali juhtivust mõjutab selle temperatuur. Mitmesugused rühmad ained käituvad kuumutamisel või jahutamisel erinevalt. Seda omadust arvestatakse välistingimustes kuuma ja külmaga töötavate elektrijuhtmete puhul.
Traadi materjal ja takistus valitakse, võttes arvesse selle töötingimusi.
Juhtide takistuse suurenemine voolu läbimisel kuumutamisel on seletatav asjaoluga, et metalli temperatuuri tõusuga selles suureneb aatomite ja kandjate liikumise intensiivsus. elektrilaengud kõikides suundades, mis tekitab tarbetuid takistusi laetud osakeste liikumiseks ühes suunas, vähendab nende voolu suurust.
Kui metalli temperatuuri alandatakse, paranevad voolu läbimise tingimused. Kriitilise temperatuurini jahutamisel ilmneb ülijuhtivuse nähtus paljudes metallides, kui nende elektritakistus on praktiliselt null. Seda omadust kasutatakse laialdaselt võimsates elektromagnetides.
Temperatuuri mõju metalli juhtivusele kasutab elektritööstus tavaliste hõõglampide valmistamisel. Voolu läbimise ajal kuumenevad need sellisesse olekusse, et kiirgavad valgusvoogu. Normaaltingimustes on nikroomi eritakistus umbes 1,05 ÷ 1,4 (oomi ∙ mm 2) / m.
Kui pirn on sisse lülitatud, läbib hõõgniidi suur vool, mis soojendab metalli väga kiiresti. Samal ajal suureneb elektriahela takistus, piirates algvoolu valgustuse saamiseks vajaliku nimiväärtusega. Sel viisil viiakse läbi lihtne voolutugevuse reguleerimine läbi nikroomspiraali, pole vaja kasutada LED- ja luminestsentsallikates kasutatavaid keerukaid liiteseadmeid.
Kuidas kasutatakse materjalide eritakistust tehnikas
Värvilistel väärismetallidel on parimad omadused elektrijuhtivus. Seetõttu on elektriseadmete kriitilised kontaktid valmistatud hõbedast. Kuid see suurendab kogu toote lõpphinda. Kõige vastuvõetavam variant on kasutada odavamaid metalle. Näiteks vase eritakistus, mis on 0,0175 (oomi ∙ mm 2) / m, on sellisteks eesmärkideks üsna sobiv.
väärismetallid- kuld, hõbe, plaatina, pallaadium, iriidium, roodium, ruteenium ja osmium, mis on saanud nime peamiselt tänu nende kõrgele keemilisele vastupidavusele ja kaunile välimusele ehetes. Lisaks on kullal, hõbedal ja plaatinal kõrge elastsus, samas kui plaatinarühma metallidel on kõrge sulamistemperatuur ja sarnaselt kullaga keemiline inertsus. Need väärismetallide eelised on kombineeritud.
Hea juhtivusega vasesulameid kasutatakse šuntide valmistamiseks, mis piiravad suurte voolude voolu läbi suure võimsusega ampermeetrite mõõtepea.
Alumiiniumi eritakistus 0,026 ÷ 0,029 (oomi ∙ mm 2) / m on veidi kõrgem kui vasel, kuid selle metalli tootmine ja maksumus on madalamad. Lisaks on see lihtsam. See seletab seda lai rakendus energeetikas vabas õhus töötavate juhtmete ja kaablisüdamike tootmiseks.
Raua eritakistus 0,13 (oomi ∙ mm 2) / m võimaldab seda kasutada ka elektrivoolu edastamiseks, kuid sel juhul on suured võimsuskaod. Terasesulamid on suurendanud tugevust. Seetõttu kootakse kõrgepingeliinide alumiiniumist õhujuhtmetesse teraskiud, mis on konstrueeritud taluma tõmbepingeid.
See kehtib eriti siis, kui juhtmetele tekib jää või tugevad tuuleiilid.
Mõnedel sulamitel, näiteks konstantiinil ja nikliliinil, on teatud vahemikus termiliselt stabiilsed takistusomadused. Nikkeliinis elektritakistus praktiliselt ei muutu 0 kuni 100 kraadi Celsiuse järgi. Seetõttu on reostaatide spiraalid valmistatud nikliliinist.
Mõõteriistades kasutatakse laialdaselt plaatina takistuse väärtuste range muutuse omadust selle temperatuurist. Kui stabiliseeritud pingeallikast lastakse elektrivool läbi plaatinajuhi ja arvutatakse takistuse väärtus, näitab see plaatina temperatuuri. See võimaldab kalibreerida skaalat kraadides, mis vastavad oomi väärtustele. See meetod võimaldab mõõta temperatuuri kraadide murdosade täpsusega.
Mõnikord peate praktiliste probleemide lahendamiseks teadma kaabli takistus või takistus. Selleks on kaablitoodete teatmeteostes antud ühe südamiku induktiivse ja aktiivse takistuse väärtused iga ristlõike väärtuse kohta. Nende abiga arvutatakse lubatud koormused, tekkiv soojus, määratakse lubatud töötingimused ja valitakse tõhusad kaitsed.
Metallide erijuhtivust mõjutab nende töötlemise viis. Surve kasutamine plastiliseks deformeerimiseks struktuuri puruneb kristallvõre, suurendab defektide arvu ja suurendab vastupidavust. Selle vähendamiseks kasutatakse rekristallisatsiooni lõõmutamist.
Metallide venitamine või kokkusurumine põhjustab neis elastse deformatsiooni, millest alates vähenevad elektronide soojusvõnkumiste amplituudid ja mõnevõrra väheneb takistus.
Maandussüsteemide projekteerimisel on vaja arvestada. Selle määratlus erineb ülaltoodud meetodist ja seda mõõdetakse SI-süsteemi ühikutes - Ohm∙meeter. Selle abil hinnatakse elektrivoolu levimise kvaliteeti maa sees.
Pinnase juhtivust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas mulla niiskus, mulla tihedus, osakeste suurus, temperatuur, soola, happe ja leelise kontsentratsioon.
Sisu:
Elektrotehnikas on elektriahelate üheks põhielemendiks juhtmed. Nende ülesanne on läbida elektrivool minimaalsete kadudega. Katseliselt on juba ammu kindlaks tehtud, et võimsuskadude minimeerimiseks on juhtmed kõige parem teha hõbedast. Just see metall tagab oomides minimaalse takistusega juhi omadused. Kuid kuna see väärismetall on kallis, on selle kasutamine tööstuses väga piiratud.
Ja juhtmete peamised metallid on alumiinium ja vask. Paraku on raua takistus elektrijuhina liiga suur, et sellest head juhet teha. Vaatamata madalamale kulule kasutatakse seda ainult elektriülekandeliinide juhtmete kandealusena.
Sellised erinevad takistused
Takistust mõõdetakse oomides. Kuid juhtmete puhul on see väärtus väga väike. Kui proovite mõõta testeriga takistuse mõõtmise režiimis, hankige õige tulemus see saab olema raske. Pealegi, olenemata sellest, millise traadi me võtame, erineb tulemus armatuurlaual vähe. Kuid see ei tähenda, et tegelikult mõjutab nende juhtmete elektritakistus samaväärselt elektri kadu. Selle kontrollimiseks on vaja analüüsida takistuse arvutamise valemit:
See valem kasutab selliseid koguseid nagu:
Selgub, et vastupanu määrab vastupanu. Seal on takistus, mis arvutatakse valemiga, kasutades teist takistust. See spetsiifiline elektritakistus ρ (kreeka täht ro) määrab just konkreetse metalli eelise elektrijuhina:
Seetõttu, kui vaske, rauda, hõbedat või mõnda muud materjali kasutatakse identsete juhtmete või erikonstruktsiooniga juhtmete valmistamiseks, juhtiv roll see on materjal, mis mängib oma elektrilisi omadusi.
Kuid tegelikult on olukord vastupanuga keerulisem kui lihtsalt arvutused ülaltoodud valemite abil. Need valemid ei võta arvesse temperatuuri ja juhi läbimõõdu kuju. Ja temperatuuri tõustes muutub vase, nagu iga teise metalli, eritakistus suuremaks. Selle väga selge näide oleks hõõglamp. Selle spiraali takistust saate mõõta testriga. Seejärel, mõõtes selle lambiga vooluringi voolu, arvutage vastavalt Ohmi seadusele selle takistus hõõguvas olekus. Tulemus on palju suurem kui testeriga takistuse mõõtmisel.
Samamoodi ei anna vask suure voolu korral oodatud efektiivsust, kui jätame tähelepanuta juhi ristlõike kuju. Nahaefekt, mis avaldub otseses proportsioonis voolu suurenemisega, muudab ümara ristlõikega juhid ebaefektiivseks isegi hõbeda või vase kasutamisel. Sel põhjusel võib ümmarguse vasktraadi takistus suure voolu korral olla suurem kui lameda alumiiniumtraadi omast.
Pealegi, isegi kui nende ristlõikepinnad on samad. Vahelduvvooluga avaldub ka nahaefekt, mis suureneb voolu sageduse kasvades. Nahaefekt tähendab, et vool kipub voolama juhi pinnale lähemale. Sel põhjusel on mõnel juhul soodsam kasutada juhtmete hõbedast katmist. Isegi väike hõbetatud vaskjuhi pinnatakistuse vähenemine vähendab oluliselt signaali kadu.
Takistuse mõiste üldistus
Nagu igal teisel juhul, mis on seotud mõõtmete kuvamisega, väljendatakse takistust erinevad süsteemidühikut. SI (International System of Units) kasutab oomi m, kuid vastuvõetav on kasutada ka ohm*kV mm/m (see on takistuse mittesüsteemne ühik). Kuid tõelises juhis ei ole takistuse väärtus konstantne. Kuna kõiki materjale iseloomustab teatav puhtus, mis võib punktiti erineda, oli vaja luua reaalses materjalis sobiv resistentsuse esitus. Ohmi seadus diferentsiaalvormis sai selliseks ilminguks:
Seda seadust leibkonna arvutustes tõenäoliselt ei kohaldata. Kuid erinevate elektroonikakomponentide, näiteks takistite, kristallelementide projekteerimise käigus kasutatakse seda kindlasti. Kuna see võimaldab teha arvutusi antud punkti alusel, mille jaoks on olemas voolutihedus ja elektrivälja tugevus. Ja vastav takistus. Valemit rakendatakse nii mittehomogeensete isotroopsete kui ka anisotroopsete ainete puhul (kristallid, gaasilahendus jne).
Kuidas saadakse puhast vaske?
Et minimeerida kadusid vasest valmistatud juhtmetes ja kaablisüdamikes, peab see olema eriti puhas. See saavutatakse spetsiaalsete tehnoloogiliste protsessidega:
- elektronkiire, samuti tsooni sulamise alusel;
- korduv elektrolüüsipuhastus.
Paljud on Ohmi seadusest kuulnud, kuid mitte kõik ei tea, mis see on. Õpe algab füüsika koolikursusega. Täpsemalt andke edasi füüsiline teaduskond ja elektrodünaamika. Tõenäoliselt pole need teadmised tavalisele võhikule kasulikud, kuid need on vajalikud üldiseks arenguks ja kellegi jaoks tulevane elukutse. Teisest küljest aitavad hädade eest hoiatada algteadmised elektrist, selle ehitusest, omadustest kodus. Pole ime, et Ohmi seadust nimetatakse elektri põhiseaduseks. Kodumeistril peavad olema teadmised elektrivaldkonnast, et vältida ülepinget, mis võib kaasa tuua koormuse suurenemise ja tulekahju.
Elektritakistuse mõiste
Seos elektriahela põhiliste füüsikaliste suuruste – takistuse, pinge, voolutugevuse vahel avastas saksa füüsik Georg Simon Ohm.
Juhi elektritakistus on väärtus, mis iseloomustab selle vastupidavust elektrivoolule. Teisisõnu lahkub osa elektronidest juhile mõjuva elektrivoolu mõjul oma kohalt kristallvõres ja läheb juhi positiivsele poolusele. Osa elektrone jääb võresse, jätkates pöörlemist ümber tuuma aatomi. Need elektronid ja aatomid moodustavad elektritakistuse, mis takistab vabanenud osakeste liikumist.
Ülaltoodud protsess on rakendatav kõikide metallide puhul, kuid vastupanu nendes esineb erineval viisil. See on tingitud suuruse, kuju ja materjali erinevusest, millest juht koosneb. Sellest tulenevalt on kristallvõre mõõtmed erinevate materjalide jaoks ebavõrdse kujuga, seetõttu ei ole elektritakistus neid läbiva voolu liikumisele sama.
Sellest kontseptsioonist tuleneb aine eritakistuse määratlus, mis on iga metalli individuaalne näitaja. Elektritakistus (SER) on füüsikaline suurus, mida tähistatakse kreeka tähega ρ ja mida iseloomustab metalli võime takistada elektrivoolu läbimist.
Vask on juhtide peamine materjal
Aine eritakistus arvutatakse valemiga, kus üheks oluliseks näitajaks on elektritakistuse temperatuuritegur. Tabelis on kolme tuntud metalli eritakistuse väärtused temperatuurivahemikus 0 kuni 100°C.
Kui võtta ühe saadaoleva materjalina raua takistusindeksiks 0,1 oomi, on 1 oomi jaoks vaja 10 meetrit. Hõbedasel on madalaim elektritakistus, selle indikaatori 1 oomi puhul tuleb välja 66,7 meetrit. Märkimisväärne erinevus, kuid hõbe on kallis metall, mida laialdaselt ei kasutata. Toimivuselt järgmine on vask, kus 1 oomine nõuab 57,14 meetrit. Vask on oma kättesaadavuse, hõbedaga võrreldes kulukuse tõttu üks populaarsemaid materjale elektrivõrkudes kasutamiseks. Vasktraadi väike eritakistus või vasktraadi takistus võimaldab kasutada vaskjuhti paljudes teaduse, tehnika valdkondades, aga ka tööstus- ja koduotstarbel.
Takistuse väärtus
Takistuse väärtus ei ole konstantne, see muutub sõltuvalt järgmistest teguritest:
- Suurus. Mida suurem on juhi läbimõõt, seda rohkem elektrone see läbib. Seega, mida väiksem on selle suurus, seda suurem on takistus.
- Pikkus. Elektronid läbivad aatomeid, seega mida pikem on traat, seda rohkem elektrone peab neist läbi liikuma. Arvutamisel on vaja arvestada traadi pikkust, suurust, sest mida pikem, peenem on traat, seda suurem on selle takistus ja vastupidi. Kasutatavate seadmete koormuse arvutamata jätmine võib põhjustada traadi ülekuumenemist ja tulekahju.
- Temperatuur. On teada, et temperatuuri režiim Sellel on suur tähtsus ainete käitumise kohta erinevatel viisidel. Metall, nagu miski muu, muudab oma omadusi erinevatel temperatuuridel. Vase eritakistus sõltub otseselt vase temperatuuri takistuse koefitsiendist ja suureneb kuumutamisel.
- Korrosioon. Korrosiooni teke suurendab oluliselt koormust. See juhtub mõju tõttu keskkond, niiskuse, soola, mustuse jms ilmingud. Soovitatav on isoleerida, kaitsta kõik ühendused, klemmid, keerdumised, paigaldada tänaval asuvate seadmete kaitse, õigeaegselt asendada kahjustatud juhtmed, sõlmed, sõlmed.
Takistuse arvutamine
Arvutusi tehakse erineva otstarbe ja kasutusega objektide projekteerimisel, sest igaühe elutugi tuleb elektrist. Arvesse võetakse kõike alates valgustitest ja lõpetades tehniliselt keerukate seadmetega. Kodus on kasulik teha ka arvutus, eriti kui plaanitakse juhtmestik välja vahetada. Eramuehituse jaoks on vaja koormust arvutada, vastasel juhul võib elektrijuhtmete "käsitöö" kokkupanek põhjustada tulekahju.
Arvutuse eesmärk on määrata kõigi kasutatavate seadmete juhtmete kogutakistus, võttes arvesse nende tehnilisi parameetreid. See arvutatakse valemiga R=p*l/S , kus:
R on arvutatud tulemus;
p on eritakistuse indeks tabelist;
l on traadi (juhi) pikkus;
S on sektsiooni läbimõõt.
Ühikud
Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis füüsikalised kogused(SI) elektritakistust mõõdetakse oomides (oomides). Eritakistuse mõõtühik vastavalt SI-süsteemile on võrdne aine sellise takistusega, mille juures on ühest materjalist 1 m pikkune juht ristlõikega 1 ruutmeetrit. m, mille takistus on 1 oomi. Tabelis on selgelt näidatud 1 oomi / m kasutamine erinevate metallide suhtes.
Takistuse tähtsus
Takistuse ja juhtivuse vahelist seost võib vaadelda kui vastastikust seost. Mida kõrgem on ühe juhi indeks, seda madalam on teise juht ja vastupidi. Seetõttu kasutatakse elektrijuhtivuse arvutamisel arvutust 1 / r, kuna X-ga vastav arv on 1 / X ja vastupidi. Spetsiifiline indikaator on tähistatud tähega g.
Elektrolüütilise vase eelised
Madal takistus (pärast hõbedat) eelisena, vask ei ole piiratud. Sellel on ainulaadsed omadused, nimelt plastilisus, kõrge vormitavus. Tänu nendele omadustele kõrge aste puhtus elektrolüütiline vask elektriseadmetes kasutatavate kaablite tootmiseks, arvutitehnoloogia, elektritööstus ja autotööstus.
Resistentsuse indeksi sõltuvus temperatuurist
Temperatuurikoefitsient on väärtus, mis võrdub ahela osa pinge muutumisega ja metalli eritakistusega temperatuurimuutuste tagajärjel. Enamik metalle kaldub suurendama takistust temperatuuri tõustes kristallvõre termiliste vibratsioonide tõttu. Vase temperatuuritakistustegur mõjutab vasktraadi eritakistust ja temperatuuridel 0 kuni 100°C on 4,1 10−3(1/Kelvin). Hõbeda puhul on selle indikaatori väärtus samadel tingimustel 3,8 ja raua puhul 6,0. See tõestab veel kord vase kasutamise efektiivsust juhina.