Preto je dôležité poznať parametre všetkých použitých prvkov a materiálov. A to nielen elektrické, ale aj mechanické. A mať trochu pohodlné referenčné materiály, čo vám umožní porovnať vlastnosti rôznych materiálov a vybrať si pre dizajn a prácu presne to, čo bude optimálne v konkrétnej situácii.
V elektrických prenosových vedeniach, kde je úloha najproduktívnejšia, to znamená s vysokou účinnosťou, priviesť energiu k spotrebiteľovi, sa zohľadňuje tak ekonomika strát, ako aj samotná mechanika vedení. Konečná ekonomická efektívnosť vedenia závisí od mechaniky - teda od usporiadania a usporiadania vodičov, izolátorov, podpier, stupňovitých / znižovacích transformátorov, hmotnosti a pevnosti všetkých konštrukcií, vrátane drôtov naťahovaných na veľké vzdialenosti, ako aj na materiáloch zvolených pre každý konštrukčný prvok, jeho práci a prevádzkových nákladoch. V vedeniach, ktoré prenášajú elektrickú energiu, sú navyše vyššie požiadavky na zaistenie bezpečnosti ako samotných vedení, tak aj prostredia, kadiaľ prechádzajú. A to zvyšuje náklady na zabezpečenie elektrického vedenia a na dodatočnú mieru bezpečnosti pre všetky konštrukcie.
Pre porovnanie sú údaje zvyčajne zredukované do jedinej, porovnateľnej formy. Často sa k takýmto charakteristikám pridáva epiteton „špecifický“ a samotné hodnoty sa berú do úvahy v niektorých štandardoch zjednotených z hľadiska fyzikálnych parametrov. Napríklad konkrétne elektrický odpor- je to odpor (ohm) vodiča vyrobeného z nejakého kovu (meď, hliník, oceľ, volfrám, zlato) s jednotkovou dĺžkou a jednotkovým prierezom v systéme použitých jednotiek (zvyčajne v SI). Okrem toho je špecifikovaná teplota, pretože pri zahrievaní sa odpor vodičov môže správať inak. Za základ sa berú bežné priemerné prevádzkové podmienky – pri 20 stupňoch Celzia. A kde sú dôležité vlastnosti pri zmene parametrov média (teplota, tlak), zavádzajú sa koeficienty a zostavujú sa doplnkové tabuľky a grafy závislostí.
Typy odporu
Pretože odpor je:
- aktívny - alebo ohmický, odporový - vyplývajúci z nákladov na elektrickú energiu na ohrev vodiča (kovu) pri prechode cez neho elektrický prúd, a
- reaktívny - kapacitný alebo indukčný - ktorý pochádza z nevyhnutných strát na vytvorenie akýchkoľvek zmien prúdu prechádzajúceho vodičom elektrických polí, potom môže byť rezistivita vodiča dvoch odrôd:
- Merný elektrický odpor proti jednosmernému prúdu (má odporový charakter) a
- Špecifický elektrický odpor proti striedavému prúdu (má reaktívny charakter).
Tu je odpor typu 2 komplexnou hodnotou, pozostáva z dvoch zložiek TP - aktívnej a reaktívnej, pretože odporový odpor vždy existuje pri prechode prúdu, bez ohľadu na jeho povahu, a jalový odpor sa vyskytuje iba pri akejkoľvek zmene prúdu v obvodoch. V jednosmerných obvodoch sa reaktancia vyskytuje iba počas prechodových javov, ktoré sú spojené so zapnutým prúdom (zmena prúdu z 0 na nominálny) alebo vypnutým (rozdiel z nominálneho na 0). A zvyčajne sa berú do úvahy iba pri navrhovaní ochrany proti preťaženiu.
V striedavých obvodoch sú javy spojené s reaktanciami oveľa rozmanitejšie. Závisia nielen od skutočného prechodu prúdu určitým úsekom, ale aj od tvaru vodiča, pričom závislosť nie je lineárna.
Faktom je, že striedavý prúd indukuje elektrické pole ako okolo vodiča, ktorým preteká, tak aj v samotnom vodiči. A z tohto poľa vznikajú vírivé prúdy, ktoré spôsobujú efekt „vytlačenia“ skutočného hlavného pohybu nábojov, z hĺbky celej časti vodiča na jeho povrch, takzvaný „efekt pokožky“ (z kože - koža). Ukazuje sa, že vírivé prúdy, ako to bolo, „kradnú“ jeho prierez z vodiča. Prúd tečie v určitej vrstve blízko povrchu, zvyšok hrúbky vodiča zostáva nevyužitý, neznižuje jeho odpor a zväčšovať hrúbku vodičov jednoducho nemá zmysel. Najmä pri vysokých frekvenciách. Preto sa pre striedavý prúd merajú odpory v takých prierezoch vodičov, kde celý jeho prierez možno považovať za povrchový. Takýto drôt sa nazýva tenký, jeho hrúbka sa rovná dvojnásobku hĺbky tejto povrchovej vrstvy, kde vírivé prúdy vytláčajú užitočný hlavný prúd prúdiaci vo vodiči.
Samozrejme, zmenšenie hrúbky drôtov kruhového prierezu nie je obmedzené na efektívnu implementáciu striedavý prúd. Vodič môže byť stenčený, ale zároveň plochý vo forme pásky, potom bude prierez väčší ako prierez okrúhleho drôtu a odpor je nižší. Navyše, jednoduché zväčšenie plochy povrchu bude mať za následok zvýšenie efektívneho prierezu. To isté sa dá dosiahnuť použitím lanka namiesto jedného lanka, navyše lanko má lepšiu flexibilitu ako jedno lanko, čo je často tiež cenné. Na druhej strane, berúc do úvahy povrchový efekt v drôtoch, je možné vyrobiť drôty zložené tak, že jadro sa vyrobí z kovu, ktorý má dobré pevnostné charakteristiky, ako je oceľ, ale nízke elektrické charakteristiky. Súčasne je cez oceľ vyrobený hliníkový oplet, ktorý má nižší odpor.
Okrem skin efektu je tok striedavého prúdu vo vodičoch ovplyvnený budením vírivých prúdov v okolitých vodičoch. Takéto prúdy sa nazývajú zberné prúdy a sú indukované v kovoch, ktoré nehrajú úlohu elektroinštalácie (nosné konštrukčné prvky), ako aj v drôtoch celého vodivého komplexu - zohrávajú úlohu drôtov iných fáz, nula, uzemnenie .
Všetky tieto javy sa vyskytujú vo všetkých dizajnoch súvisiacich s elektrinou, čo ďalej posilňuje dôležitosť mať k dispozícii súhrnné referenčné informácie pre širokú škálu materiálov.
Odpor pre vodiče sa meria veľmi citlivými a presnými prístrojmi, pretože kovy sa vyberajú na zapojenie a majú najnižší odpor - rádovo ohm * 10 -6 na meter dĺžky a štvorec. mm. oddielov. Na meranie odporu izolácie sú potrebné prístroje, naopak, ktoré majú rozsahy veľmi veľkých hodnôt odporu - zvyčajne megaohmov. Je jasné, že vodiče musia dobre viesť a izolátory musia byť dobre izolované.
Tabuľka
| Tabuľka špecifických odporov vodičov (kovy a zliatiny) |
||||
| Materiál vodiča | Zloženie (pre zliatiny) | Odpor ρ mΩ × mm2/m |
||
| meď, zinok, cín, nikel, olovo, mangán, železo atď. | ||||
| hliník | ||||
| Volfrám | ||||
| molybdén | ||||
| meď, cín, hliník, kremík, berýlium, olovo atď. (okrem zinku) | ||||
| železo, uhlík | ||||
| meď, nikel, zinok | ||||
| manganín | meď, nikel, mangán | |||
| Constantan | meď, nikel, hliník | |||
| nikel, chróm, železo, mangán | ||||
| železo, chróm, hliník, kremík, mangán | ||||
Železo ako vodič v elektrotechnike
Železo je najbežnejším kovom v prírode a technológii (po vodíku, ktorý je tiež kovom). Je tiež najlacnejší a má vynikajúce pevnostné vlastnosti, preto sa všade používa ako základ pre pevnosť rôznych štruktúr.
V elektrotechnike sa železo používa ako vodič vo forme oceľových ohybných drôtov tam, kde je potrebná fyzická pevnosť a pružnosť a vďaka vhodnému prierezu je možné dosiahnuť požadovaný odpor.
S tabuľkou špecifických odporov rôznych kovov a zliatin je možné vypočítať prierezy drôtov vyrobených z rôznych vodičov.
Ako príklad skúsme nájsť elektricky ekvivalentný prierez vodičov vyrobených z rôznych materiálov: medené, volfrámové, niklové a železné drôty. Na začiatok vezmite hliníkový drôt s prierezom 2,5 mm.
Potrebujeme, aby na dĺžke 1 m bol odpor drôtu zo všetkých týchto kovov rovný odporu pôvodného. Odolnosť hliníka na 1 m dĺžky a 2,5 mm prierezu bude rovnaká
Kde R- odpor, ρ - rezistivita kovu zo stola, S- prierezová plocha, L- dĺžka.
Nahradením počiatočných hodnôt dostaneme odpor metrového kusu hliníkového drôtu v ohmoch.
Potom vyriešime vzorec pre S
Nahradíme hodnoty z tabuľky a získame plochy prierezu pre rôzne kovy.
Keďže merný odpor v tabuľke sa meria na drôte dlhom 1 m, v mikroohmoch na 1 mm 2 sekcie, dostali sme ho v mikroohmoch. Aby ste to dostali v ohmoch, musíte hodnotu vynásobiť 10 -6. Počet ohmov so 6 nulami za desatinnou čiarkou však nie je potrebný, pretože konečný výsledok stále nájdeme v mm 2.
Ako vidíte, odpor železa je pomerne veľký, drôt je hrubý.
Existujú však materiály, ktoré majú ešte viac, napríklad nikelín alebo konštantán.
Pri zatváraní elektrický obvod, na svorkách ktorých je potenciálny rozdiel, vzniká elektrický prúd. Voľné elektróny pod vplyvom síl elektrického poľa sa pohybujú pozdĺž vodiča. Pri svojom pohybe sa elektróny zrážajú s atómami vodiča a poskytujú im rezervu ich kinetickej energie. Rýchlosť pohybu elektrónov sa neustále mení: pri zrážke elektrónov s atómami, molekulami a inými elektrónmi klesá, potom sa vplyvom elektrického poľa zvyšuje a pri novej zrážke opäť klesá. V dôsledku toho je vodič nastavený rovnomerný pohyb tok elektrónov rýchlosťou niekoľkých zlomkov centimetra za sekundu. V dôsledku toho elektróny prechádzajúce vodičom vždy narážajú na odpor z jeho strany voči ich pohybu. Keď elektrický prúd prechádza vodičom, tento sa zahrieva.
Elektrický odpor
Elektrický odpor vodiča, ktorý je označený latinské písmeno r, sa nazýva vlastnosť telesa alebo prostredia transformovať sa elektrická energia do tepla, keď ním prechádza elektrický prúd.
V diagramoch je elektrický odpor znázornený na obrázku 1, a.
Premenlivý elektrický odpor, ktorý slúži na zmenu prúdu v obvode, sa nazýva reostat. V diagramoch sú reostaty označené tak, ako je znázornené na obrázku 1, b. AT všeobecný pohľad Reostat je vyrobený z drôtu jedného alebo druhého odporu, navinutého na izolačnej základni. Posúvač alebo páka reostatu je umiestnená v určitej polohe, v dôsledku čoho sa do obvodu zavádza požadovaný odpor.
Dlhý vodič malého prierezu vytvára vysokú odolnosť voči prúdu. Krátke vodiče s veľkým prierezom majú malý odpor voči prúdu.
Ak vezmeme dva vodiče z rôznych materiálov, ale rovnakej dĺžky a prierezu, potom budú vodiče viesť prúd rôznymi spôsobmi. To ukazuje, že odpor vodiča závisí od materiálu samotného vodiča.
Teplota vodiča tiež ovplyvňuje jeho odpor. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje odolnosť kovov a znižuje sa odolnosť kvapalín a uhlia. Len niektoré špeciálne zliatiny kovov (manganín, konštantán, nikelín a iné) so zvyšujúcou sa teplotou takmer nemenia svoj odpor.
Vidíme teda, že elektrický odpor vodiča závisí od: 1) dĺžky vodiča, 2) prierezu vodiča, 3) materiálu vodiča, 4) teploty vodiča.
Jednotkou odporu je jeden ohm. Óm sa často označuje gréčtinou veľké písmenoΩ (omega). Takže namiesto písania „Odpor vodiča je 15 ohmov“ môžete jednoducho napísať: r= 15Ω.
1000 ohmov sa nazýva 1 kiloohm(1kΩ alebo 1kΩ),
1 000 000 ohmov sa nazýva 1 megaohm(1mgOhm alebo 1MΩ).
Pri porovnávaní odporu vodičov z rôznych materiálov je potrebné odobrať pre každú vzorku určitú dĺžku a prierez. Potom budeme vedieť posúdiť, ktorý materiál vedie elektrický prúd lepšie alebo horšie.
Video 1. Odpor vodiča
Špecifický elektrický odpor
Nazýva sa odpor vodiča dlhého 1 m s prierezom 1 mm² v ohmoch odpor a označuje sa gréckym písmenom ρ (ro).
Tabuľka 1 uvádza špecifické odpory niektorých vodičov.
stôl 1
Odpor rôznych vodičov
Tabuľka ukazuje, že železný drôt s dĺžkou 1 m a prierezom 1 mm² má odpor 0,13 ohmu. Ak chcete získať odpor 1 ohm, musíte si vziať 7,7 m takéhoto drôtu. Striebro má najnižší odpor. Odpor 1 ohm možno získať odoberaním 62,5 m strieborného drôtu s prierezom 1 mm². Striebro je najlepší vodič, ale cena striebra vylučuje jeho široké použitie. Po striebre v tabuľke nasleduje meď: 1 m medeného drôtu s prierezom 1 mm² má odpor 0,0175 ohmov. Ak chcete získať odpor 1 ohm, musíte si vziať 57 m takéhoto drôtu.
Chemicky čistá meď získaná rafináciou našla široké využitie v elektrotechnike na výrobu drôtov, káblov, vinutí elektrických strojov a prístrojov. Hliník a železo sú tiež široko používané ako vodiče.
Odpor vodiča možno určiť podľa vzorca:
kde r- odpor vodiča v ohmoch; ρ - špecifický odpor vodiča; l je dĺžka vodiča vm; S– prierez vodiča v mm².
Príklad 1 Určte odpor 200 m železného drôtu s prierezom 5 mm².
Príklad 2 Vypočítajte odpor 2 km hliníkového drôtu s prierezom 2,5 mm².
Z odporového vzorca ľahko určíte dĺžku, rezistivitu a prierez vodiča.
Príklad 3 Pre rádiový prijímač je potrebné navinúť odpor 30 ohmov z niklového drôtu s prierezom 0,21 mm². Určite požadovanú dĺžku drôtu.
Príklad 4 Určte prierez 20 m nichrómového drôtu, ak je jeho odpor 25 ohmov.
Príklad 5 Drôt s prierezom 0,5 mm² a dĺžkou 40 m má odpor 16 ohmov. Určite materiál drôtu.
Materiál vodiča charakterizuje jeho odpor.
Podľa tabuľky rezistivity zistíme, že olovo má takýto odpor.
Vyššie bolo uvedené, že odpor vodičov závisí od teploty. Urobme nasledujúci experiment. Navinieme niekoľko metrov tenkého kovového drôtu vo forme špirály a premeníme túto špirálu na batériový obvod. Ak chcete merať prúd v obvode, zapnite ampérmeter. Pri zahrievaní špirály v plameni horáka môžete vidieť, že hodnoty ampérmetra sa znížia. To ukazuje, že odpor kovového drôtu sa pri zahrievaní zvyšuje.
Pri niektorých kovoch sa pri zahriatí o 100 ° zvyšuje odpor o 40 - 50%. Existujú zliatiny, ktoré mierne menia svoj odpor teplom. Niektoré špeciálne zliatiny takmer nemenia odpor s teplotou. Odpor kovových vodičov stúpa so zvyšujúcou sa teplotou, odpor elektrolytov (tekutých vodičov), uhlia a niektorých pevných látok, naopak, klesá.
Schopnosť kovov meniť svoj odpor zmenami teploty sa využíva na konštrukciu odporových teplomerov. Takým teplomerom je platinový drôt navinutý na sľudovom ráme. Vložením teplomera napríklad do pece a meraním odporu platinového drôtu pred a po zahriatí možno určiť teplotu v peci.
Zmena odporu vodiča pri jeho zahrievaní na 1 ohm počiatočného odporu a 1 ° teploty sa nazýva teplotný koeficient odporu a označuje sa písmenom α.
Ak pri teplote t 0 odpor vodiča je r 0 a pri teplote t rovná sa r t, potom teplotný koeficient odporu
Poznámka. Tento vzorec je možné vypočítať len v určitom teplotnom rozsahu (asi do 200 °C).
Pre niektoré kovy uvádzame hodnoty teplotného koeficientu odporu α (tabuľka 2).
tabuľka 2
Hodnoty teplotných koeficientov pre niektoré kovy
Zo vzorca pre teplotný koeficient odporu určíme r t:
r t = r 0 .
Príklad 6 Určte odpor železného drôtu zahriateho na 200 °C, ak jeho odpor pri 0 °C bol 100 ohmov.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmov.
Príklad 7 Odporový teplomer z platinového drôtu v miestnosti s teplotou 15°C mal odpor 20 ohmov. Teplomer sa umiestnil do pece a po chvíli sa zmeral jeho odpor. Ukázalo sa, že sa rovná 29,6 ohmov. Určte teplotu v rúre.
elektrická vodivosť
Doteraz sme odpor vodiča považovali za prekážku, ktorú vodič poskytuje elektrickému prúdu. Vodičom však preteká prúd. Preto má vodič okrem odporu (prekážok) aj schopnosť viesť elektrický prúd, teda vodivosť.
Čím väčší odpor má vodič, tým má menšiu vodivosť, tým horšie vedie elektrický prúd, a naopak, čím je odpor vodiča menší, tým má väčšiu vodivosť, tým ľahšie prechádza vodičom. Preto sú odpor a vodivosť vodiča recipročné veličiny.
Z matematiky je známe, že prevrátená 5 je 1/5 a naopak prevrátená 1/7 je 7. Ak teda odpor vodiča označíme písm. r, potom je vodivosť definovaná ako 1/ r. Vodivosť sa zvyčajne označuje písmenom g.
Elektrická vodivosť sa meria v (1/ohm) alebo siemens.
Príklad 8 Odpor vodiča je 20 ohmov. Určite jeho vodivosť.
Ak r= 20 Ohm, teda
Príklad 9 Vodivosť vodiča je 0,1 (1/ohm). Určte jeho odpor
Ak g \u003d 0,1 (1 / Ohm), potom r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
Elektrický prúd I v akejkoľvek látke vzniká pohybom nabitých častíc v určitom smere v dôsledku aplikácie vonkajšej energie (potenciálny rozdiel U). Každá látka má individuálne vlastnosti, ktoré rôznymi spôsobmi ovplyvňujú prechod prúdu v nej. Tieto vlastnosti sú hodnotené elektrickým odporom R.
Georg Ohm empiricky určil faktory ovplyvňujúce veľkosť elektrického odporu látky, odvodenej z napätia a prúdu, ktorá je po ňom pomenovaná. Odporová jednotka v medzinárodný systém SI je pomenovaná po ňom. 1 Ohm je hodnota odporu meraná pri teplote 0 ° C pre homogénnu ortuťový stĺpec Dĺžka 106,3 cm s plochou prierezu 1 mm 2 .
Definícia
Aby bolo možné zhodnotiť a uviesť do praxe materiály na výrobu elektrických zariadení, termín "odpor vodiča". Pridané prídavné meno „špecifický“ sa vzťahuje na faktor použitia hodnoty referenčného objemu prijatej pre danú látku. To umožňuje vyhodnocovať elektrické parametre rôznych materiálov.
Zároveň sa berie do úvahy, že odpor vodiča sa zvyšuje so zväčšovaním jeho dĺžky a zmenšovaním jeho prierezu. Sústava SI využíva objem homogénneho vodiča s dĺžkou 1 meter a prierezom 1 m2. V technických výpočtoch sa používa zastaraná, ale pohodlná mimosystémová jednotka objemu pozostávajúca z dĺžky 1 metra a plochy 1 mm2. Vzorec pre merný odpor ρ je znázornený na obrázku.
Na určenie elektrické vlastnosti látok, bola zavedená ďalšia charakteristika - špecifická vodivosť b. Je nepriamo úmerná hodnote rezistivity, určuje schopnosť materiálu viesť elektrický prúd: b = 1/ρ.
Ako závisí odpor od teploty?
Vodivosť materiálu je ovplyvnená jeho teplotou. Rôzne skupiny látky sa správajú inak pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Táto vlastnosť sa berie do úvahy pri elektrických vodičoch pracujúcich vonku v teple a chlade.
Materiál a odpor drôtu sa vyberajú s prihliadnutím na podmienky jeho prevádzky.
Zvýšenie odporu vodičov voči prechodu prúdu počas zahrievania sa vysvetľuje skutočnosťou, že so zvýšením teploty kovu v ňom sa zvyšuje intenzita pohybu atómov a nosičov. elektrické náboje vo všetkých smeroch, čo vytvára zbytočné prekážky pre pohyb nabitých častíc jedným smerom, znižuje veľkosť ich prúdenia.
Ak sa teplota kovu zníži, zlepšia sa podmienky na prechod prúdu. Po ochladení na kritickú teplotu sa v mnohých kovoch objavuje fenomén supravodivosti, keď je ich elektrický odpor prakticky nulový. Táto vlastnosť je široko používaná vo výkonných elektromagnetoch.
Vplyv teploty na vodivosť kovu využíva elektrotechnický priemysel pri výrobe bežných žiaroviek. Pri prechode prúdu sa zahrejú do takého stavu, že vyžaruje svetelný tok. Za normálnych podmienok je špecifický odpor nichrómu asi 1,05 ÷ 1,4 (ohm ∙ mm 2) / m.
Keď je žiarovka zapnutá, vláknom prechádza veľký prúd, ktorý veľmi rýchlo ohrieva kov. Súčasne sa zvyšuje odpor elektrického obvodu, čím sa obmedzuje počiatočný prúd na nominálnu hodnotu potrebnú na získanie osvetlenia. Týmto spôsobom sa vykonáva jednoduchá regulácia sily prúdu cez nichrómovú špirálu, nie je potrebné používať zložité predradníky používané v LED a luminiscenčných zdrojoch.
Ako sa odpor materiálov používa v strojárstve
Neželezné ušľachtilé kovy majú najlepšie vlastnosti elektrická vodivosť. Preto sú kritické kontakty v elektrických zariadeniach vyrobené zo striebra. To však zvyšuje konečné náklady na celý produkt. Najprijateľnejšou možnosťou je použitie lacnejších kovov. Napríklad odpor medi, ktorý sa rovná 0,0175 (ohm ∙ mm 2) / m, je na tieto účely celkom vhodný.
ušľachtilé kovy- zlato, striebro, platina, paládium, irídium, ródium, ruténium a osmium, pomenované najmä vďaka vysokej chemickej odolnosti a krásnemu vzhľadu v šperkoch. Okrem toho majú zlato, striebro a platina vysokú ťažnosť, zatiaľ čo kovy skupiny platiny majú vysokú teplotu topenia a podobne ako zlato chemickú inertnosť. Tieto výhody ušľachtilých kovov sa spájajú.
Zliatiny medi s dobrou vodivosťou sa používajú na výrobu bočníkov, ktoré obmedzujú tok vysokých prúdov cez meraciu hlavu vysokovýkonných ampérmetrov.
Špecifický odpor hliníka 0,026 ÷ 0,029 (ohm ∙ mm 2) / m je o niečo vyšší ako u medi, ale výroba a náklady na tento kov sú nižšie. Navyše je to jednoduchšie. Toto to vysvetľuje široké uplatnenie v energetickom priemysle na výrobu drôtov pracujúcich pod holým nebom a káblových jadier.
Špecifický odpor železa 0,13 (ohm ∙ mm 2) / m umožňuje jeho použitie aj na prenos elektrického prúdu, avšak v tomto prípade dochádza k veľkým stratám výkonu. Oceľové zliatiny majú zvýšenú pevnosť. Preto sú oceľové lanká votkané do hliníkových vrchných drôtov vysokonapäťových elektrických vedení, ktoré sú navrhnuté tak, aby odolali ťahovým napätiam.
Platí to najmä vtedy, keď sa na drôtoch tvorí ľad alebo silné poryvy vetra.
Niektoré zliatiny, napríklad konštantín a nikelín, majú tepelne stabilné odporové charakteristiky v určitom rozsahu. V nikle sa elektrický odpor prakticky nemení od 0 do 100 stupňov Celzia. Preto sú špirály pre reostaty vyrobené z niklu.
V meracích prístrojoch sa široko používa vlastnosť striktnej zmeny hodnôt rezistivity platiny od jej teploty. Ak cez platinový vodič prechádza elektrický prúd zo stabilizovaného zdroja napätia a vypočíta sa hodnota odporu, potom bude indikovať teplotu platiny. To vám umožňuje kalibrovať stupnicu v stupňoch zodpovedajúcich hodnotám Ohm. Táto metóda umožňuje merať teplotu s presnosťou na zlomky stupňa.
Niekedy, aby ste vyriešili praktické problémy, potrebujete vedieť impedancia alebo odpor kábla. Na tento účel sú v referenčných knihách pre káblové výrobky uvedené hodnoty indukčného a aktívneho odporu jedného jadra pre každú hodnotu prierezu. S ich pomocou sa vypočítajú prípustné zaťaženia, generované teplo, určia sa prípustné prevádzkové podmienky a vyberú sa účinné ochrany.
Špecifická vodivosť kovov je ovplyvnená spôsobom ich spracovania. Použitie tlaku na plastickú deformáciu zlomov štruktúry kryštálová mriežka, zvyšuje počet defektov a zvyšuje odolnosť. Na jej zníženie sa používa rekryštalizačné žíhanie.
Naťahovanie alebo stláčanie kovov v nich spôsobuje elastickú deformáciu, z ktorej sa zmenšujú amplitúdy tepelných oscilácií elektrónov a o niečo klesá odpor.
Pri navrhovaní uzemňovacích systémov je potrebné vziať do úvahy. Má rozdiely v definícii od vyššie uvedenej metódy a meria sa v jednotkách systému SI - Ohm∙meter. S jeho pomocou sa hodnotí kvalita šírenia elektrického prúdu vo vnútri zeme.
Vodivosť pôdy je ovplyvnená mnohými faktormi, vrátane pôdnej vlhkosti, hustoty pôdy, veľkosti častíc, teploty, koncentrácie solí, kyselín a zásad.
Obsah:
V elektrotechnike sú jedným z hlavných prvkov elektrických obvodov drôty. Ich úlohou je prechádzať elektrickým prúdom s minimálnymi stratami. Experimentálne sa už dlho zistilo, že na minimalizáciu strát energie sú drôty najlepšie vyrobené zo striebra. Práve tento kov poskytuje vlastnosti vodiča s minimálnym odporom v ohmoch. Ale keďže je tento ušľachtilý kov drahý, jeho využitie v priemysle je veľmi obmedzené.
A hlavné kovy pre drôty sú hliník a meď. Žiaľ, odpor železa ako vodiča elektriny je príliš veľký na to, aby sa z neho dal vyrobiť dobrý drôt. Napriek nižším nákladom sa používa iba ako nosná základňa pre vodiče elektrického vedenia.
Takéto rôzne odpory
Odpor sa meria v ohmoch. Ale pre drôty je táto hodnota veľmi malá. Ak sa pokúsite merať testerom v režime merania odporu, získajte správny výsledok bude to ťažké. Navyše, bez ohľadu na to, aký drôt vezmeme, výsledok na prístrojovej doske sa bude len málo líšiť. To však neznamená, že v skutočnosti elektrický odpor týchto drôtov rovnako ovplyvní stratu elektriny. Aby ste to overili, je potrebné analyzovať vzorec, podľa ktorého sa vypočíta odpor:
Tento vzorec používa množstvá ako:
Ukazuje sa, že odpor určuje odpor. Existuje odpor vypočítaný vzorcom pomocou iného odporu. Tento špecifický elektrický odpor ρ (grécke písmeno ro) práve určuje výhodu konkrétneho kovu ako elektrického vodiča:
Preto, ak sa na výrobu rovnakých drôtov alebo vodičov špeciálnej konštrukcie použije meď, železo, striebro alebo akýkoľvek iný materiál, hlavna rola je to materiál, ktorý bude hrať v jeho elektrických vlastnostiach.
Ale v skutočnosti je situácia s odporom komplikovanejšia ako len výpočty pomocou vyššie uvedených vzorcov. Tieto vzorce nezohľadňujú teplotu a tvar priemeru vodiča. A so zvyšujúcou sa teplotou sa odpor medi, ako každého iného kovu, zvyšuje. Veľmi jasným príkladom by bola žiarovka. Testerom si môžete zmerať odpor jeho špirály. Potom meraním prúdu v obvode s touto lampou podľa Ohmovho zákona vypočítajte jej odpor v stave žeravenia. Výsledok bude oveľa väčší ako pri meraní odporu testerom.
Podobne ani meď nedá predpokladanú účinnosť pri vysokom prúde, ak zanedbáme tvar prierezu vodiča. Kožný efekt, ktorý sa prejavuje priamo úmerne so zvyšovaním prúdu, spôsobuje, že vodiče s okrúhlym prierezom sú neúčinné, aj keď sa použije striebro alebo meď. Z tohto dôvodu môže byť odpor okrúhleho medeného drôtu pri vysokom prúde vyšší ako odpor plochého hliníkového drôtu.
Navyše, aj keď sú ich prierezy rovnaké. Pri striedavom prúde sa prejavuje aj kožný efekt, ktorý sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou prúdu. Kožný efekt znamená, že prúd má tendenciu prúdiť bližšie k povrchu vodiča. Z tohto dôvodu je v niektorých prípadoch výhodnejšie použiť strieborný povlak drôtov. Aj mierny pokles povrchového odporu postriebreného medeného vodiča výrazne znižuje stratu signálu.
Zovšeobecnenie pojmu rezistivita
Rovnako ako v každom inom prípade, ktorý súvisí so zobrazením rozmerov, je odpor vyjadrený v podmienkach rôznych systémov Jednotky. SI (Medzinárodný systém jednotiek) používa ohm m, ale je prijateľné použiť aj ohm*kV mm/m (ide o nesystémovú jednotku odporu). Ale v skutočnom vodiči nie je hodnota odporu konštantná. Keďže všetky materiály sa vyznačujú určitou čistotou, ktorá sa môže bod od bodu líšiť, bolo potrebné vytvoriť vhodné znázornenie odolnosti v reálnom materiáli. Takýmto prejavom sa stal Ohmov zákon v diferenciálnej forme:
Tento zákon sa s najväčšou pravdepodobnosťou nebude vzťahovať na výpočty domácností. Ale pri navrhovaní rôznych elektronických komponentov, napríklad odporov, kryštalických prvkov, sa určite používa. Pretože vám umožňuje vykonávať výpočty na základe daného bodu, pre ktorý existuje hustota prúdu a intenzita elektrického poľa. A zodpovedajúci odpor. Vzorec sa aplikuje na nehomogénne izotropné aj anizotropné látky (kryštály, výboj plynu a pod.).
Ako sa získava čistá meď?
Aby sa minimalizovali straty v drôtoch a žilách káblov vyrobených z medi, musí byť obzvlášť čistá. To sa dosahuje špeciálnymi technologickými postupmi:
- na základe elektrónového lúča, ako aj zónového tavenia;
- opakované čistenie elektrolýzou.
Mnohí počuli o Ohmovom zákone, ale nie každý vie, čo to je. Štúdium začína školským kurzom fyziky. Podrobnejšie odovzdať fyzikálne schopnosti a elektrodynamiku. Je nepravdepodobné, že tieto znalosti budú užitočné pre bežného laika, ale sú nevyhnutné pre všeobecný rozvoj a pre niekoho budúce povolanie. Na druhej strane základné znalosti o elektrine, jej štruktúre, vlastnostiach doma vám pomôžu varovať sa pred problémami. Niet divu, že Ohmov zákon sa nazýva základným zákonom elektriny. Domáci majster potrebuje mať znalosti v oblasti elektriny, aby sa zabránilo prepätiu, ktoré môže viesť k zvýšeniu záťaže a požiaru.
Pojem elektrického odporu
Vzťah medzi základnými fyzikálnymi veličinami elektrického obvodu – odpor, napätie, sila prúdu objavil nemecký fyzik Georg Simon Ohm.
Elektrický odpor vodiča je hodnota, ktorá charakterizuje jeho odolnosť voči elektrickému prúdu. Inými slovami, časť elektrónov pôsobením elektrického prúdu na vodič opúšťa svoje miesto v kryštálovej mriežke a smeruje ku kladnému pólu vodiča. Niektoré z elektrónov zostávajú v mriežke a pokračujú v rotácii okolo atómu jadra. Tieto elektróny a atómy tvoria elektrický odpor, ktorý bráni pohybu uvoľnených častíc.
Vyššie uvedený proces je použiteľný pre všetky kovy, ale odpor v nich sa vyskytuje rôznymi spôsobmi. Je to spôsobené rozdielom vo veľkosti, tvare, materiáli, z ktorého pozostáva vodič. V súlade s tým majú rozmery kryštálovej mriežky nerovnaký tvar pre rôzne materiály, preto elektrický odpor voči pohybu prúdu cez ne nie je rovnaký.
Z tohto pojmu vyplýva definícia rezistivity látky, ktorá je individuálnym ukazovateľom pre každý kov zvlášť. Elektrický odpor (SER) je fyzikálna veličina označovaná gréckym písmenom ρ a charakterizovaná schopnosťou kovu zabrániť prechodu elektriny cez ňu.
Meď je hlavným materiálom pre vodiče
Odpor látky sa vypočíta podľa vzorca, kde jedným z dôležitých ukazovateľov je teplotný koeficient elektrického odporu. Tabuľka obsahuje hodnoty rezistivity troch známych kovov v rozsahu teplôt od 0 do 100°C.
Ak vezmeme index odporu železa ako jeden z dostupných materiálov rovný 0,1 Ohm, potom na 1 Ohm bude potrebných 10 metrov. Strieborná má najnižší elektrický odpor, pre jej indikátor 1 Ohm vyjde 66,7 metra. Významný rozdiel, ale striebro je drahý kov, ktorý nie je široko používaný. Ďalším z hľadiska výkonu je meď, kde 1 ohm vyžaduje 57,14 metra. Vďaka svojej dostupnosti, nákladom v porovnaní so striebrom je meď jedným z najobľúbenejších materiálov na použitie v elektrických sieťach. Nízky odpor medeného drôtu alebo odpor medeného drôtu umožňuje použitie medeného vodiča v mnohých odvetviach vedy, techniky, ako aj na priemyselné a domáce účely.
Hodnota odporu
Hodnota odporu nie je konštantná, mení sa v závislosti od nasledujúcich faktorov:
- Veľkosť. Čím väčší je priemer vodiča, tým viac elektrónov ním prechádza. Preto čím je jeho veľkosť menšia, tým väčší je odpor.
- Dĺžka. Elektróny prechádzajú cez atómy, takže čím je drôt dlhší, tým viac elektrónov nimi musí prejsť. Pri výpočte je potrebné vziať do úvahy dĺžku, veľkosť drôtu, pretože čím je drôt dlhší, tenší, tým je jeho rezistivita väčšia a naopak. Neschopnosť vypočítať zaťaženie použitého zariadenia môže viesť k prehriatiu drôtu a požiaru.
- Teplota. To je známe teplotný režim Má veľký význam o správaní látok rôznymi spôsobmi. Kov, ako nič iné, mení svoje vlastnosti pri rôznych teplotách. Odpor medi priamo závisí od teplotného koeficientu odporu medi a zvyšuje sa pri zahrievaní.
- Korózia. Tvorba korózie výrazne zvyšuje zaťaženie. To sa deje v dôsledku nárazu životné prostredie prejavy vniknutia vlhkosti, soli, nečistôt atď. Odporúča sa izolovať, chrániť všetky pripojenia, svorky, zákruty, inštalovať ochranu pre zariadenia umiestnené na ulici, včas vymeniť poškodené drôty, zostavy, zostavy.
Výpočet odporu
Výpočty sa robia pri navrhovaní predmetov na rôzne účely a použitia, pretože podpora života každého pochádza z elektriny. Počíta sa so všetkým, od svietidiel až po technicky zložité vybavenie. Doma bude tiež užitočné urobiť výpočet, najmä ak sa plánuje výmena elektroinštalácie. Pre súkromnú bytovú výstavbu je potrebné vypočítať zaťaženie, inak môže „remeselná“ montáž elektrického vedenia viesť k požiaru.
Účelom výpočtu je určiť celkový odpor vodičov všetkých použitých zariadení s prihliadnutím na ich technické parametre. Vypočíta sa podľa vzorca R=p*l/S , kde:
R je vypočítaný výsledok;
p je index odporu z tabuľky;
l je dĺžka drôtu (vodiča);
S je priemer sekcie.
Jednotky
V medzinárodnom systéme jednotiek fyzikálnych veličín(SI) elektrický odpor sa meria v ohmoch (ohmoch). Jednotka merania merného odporu podľa sústavy SI sa rovná takému mernému odporu látky, pri ktorej je vodič vyrobený z jedného materiálu dlhý 1 m s prierezom 1 m2. m má odpor 1 ohm. Použitie 1 ohm / m vzhľadom na rôzne kovy je jasne uvedené v tabuľke.
Význam odporu
Vzťah medzi merným odporom a vodivosťou možno považovať za recipročný. Čím vyšší je index jedného vodiča, tým nižší je index druhého a naopak. Preto sa pri výpočte elektrickej vodivosti používa výpočet 1 / r, pretože číslo prevrátené k X je 1 / X a naopak. Špecifický ukazovateľ sa označuje písmenom g.
Výhody elektrolytickej medi
Nízky odpor (po striebre) ako výhoda, meď nie je obmedzená. Má vlastnosti jedinečné svojimi vlastnosťami, a to plasticitu, vysokú kujnosť. Vďaka týmto vlastnostiam, vysoký stupeňčistá elektrolytická meď na výrobu káblov, ktoré sa používajú v elektrických spotrebičoch, počítačová technológia, elektrotechnický priemysel a automobilový priemysel.
Závislosť indexu odporu od teploty
Teplotný koeficient je hodnota, ktorá sa rovná zmene napätia časti obvodu a odporu kovu v dôsledku zmien teploty. Väčšina kovov má tendenciu zvyšovať odpor so zvyšujúcou sa teplotou v dôsledku tepelných vibrácií kryštálovej mriežky. Teplotný koeficient odporu medi ovplyvňuje špecifický odpor medeného drôtu a pri teplotách od 0 do 100°C je 4,1 10−3 (1/Kelvin). Pre striebro má tento ukazovateľ za rovnakých podmienok hodnotu 3,8 a pre železo 6,0. To opäť dokazuje efektívnosť použitia medi ako vodiča.