Ο τύπος για τον υπολογισμό της ηλεκτρικής αντίστασης ενός αγωγού. Όσο μεγαλύτερο είναι το καλώδιο, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση; Υπολογισμός διαμέτρου

Περιεχόμενο:

Κατά το σχεδιασμό ηλεκτρικών δικτύων σε διαμερίσματα ή ιδιωτικές κατοικίες, είναι υποχρεωτικός ο υπολογισμός της διατομής των καλωδίων και των καλωδίων. Για τους υπολογισμούς χρησιμοποιούνται δείκτες όπως η τιμή της κατανάλωσης ισχύος και η ισχύς του ρεύματος που θα περάσει από το δίκτυο. Η αντίσταση δεν λαμβάνεται υπόψη λόγω του μικρού μήκους των γραμμών καλωδίων. Ωστόσο, αυτός ο δείκτης είναι απαραίτητος για μεγάλο μήκος γραμμών ισχύος και πτώσεις τάσης σε διαφορετικά τμήματα. Ιδιαίτερη σημασία έχει η αντίσταση του χάλκινου σύρματος. Τέτοια καλώδια χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στα σύγχρονα δίκτυα, επομένως οι φυσικές τους ιδιότητες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό.

Έννοιες και σημασία της αντίστασης

Η ηλεκτρική αντίσταση των υλικών χρησιμοποιείται ευρέως και λαμβάνεται υπόψη στην ηλεκτρική μηχανική. Αυτή η τιμή σάς επιτρέπει να ορίσετε τις βασικές παραμέτρους των καλωδίων και των καλωδίων, ειδικά με μια κρυφή μέθοδο τοποθέτησής τους. Πρώτα απ 'όλα, καθορίζεται το ακριβές μήκος της γραμμής που έχει τοποθετηθεί και το υλικό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του σύρματος. Έχοντας υπολογίσει τα αρχικά δεδομένα, είναι πολύ πιθανό να μετρηθεί το καλώδιο.

Σε σύγκριση με τις συμβατικές ηλεκτρικές καλωδιώσεις, οι παράμετροι αντίστασης είναι καθοριστικής σημασίας στα ηλεκτρονικά. Θεωρείται και συγκρίνεται σε συνδυασμό με άλλους δείκτες που υπάρχουν σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, μια εσφαλμένα επιλεγμένη αντίσταση καλωδίου μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία όλων των στοιχείων του συστήματος. Αυτό μπορεί να συμβεί εάν χρησιμοποιείτε πολύ λεπτό καλώδιο για να συνδεθείτε στο τροφοδοτικό του υπολογιστή. Θα υπάρξει μια μικρή μείωση της τάσης στον αγωγό, η οποία θα προκαλέσει λανθασμένη λειτουργία του υπολογιστή.

Η αντίσταση σε ένα χάλκινο σύρμα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, και κυρίως από τις φυσικές ιδιότητες του ίδιου του υλικού. Επιπλέον, λαμβάνεται υπόψη η διάμετρος ή η διατομή του αγωγού, που καθορίζεται από τον τύπο ή έναν ειδικό πίνακα.

Τραπέζι

Η αντίσταση ενός χάλκινου αγωγού επηρεάζεται από πολλά πρόσθετα φυσικά μεγέθη. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να ληφθεί υπόψη η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Όλοι γνωρίζουν ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία ενός αγωγού, η αντίστασή του αυξάνεται. Ταυτόχρονα, παρατηρείται μείωση της ισχύος ρεύματος λόγω της αντιστρόφως ανάλογης εξάρτησης και των δύο ποσοτήτων. Αυτό αφορά κυρίως μέταλλα με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας. Ένα παράδειγμα αρνητικού συντελεστή είναι το κράμα βολφραμίου που χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες πυρακτώσεως. Σε αυτό το κράμα, η αντοχή του ρεύματος δεν μειώνεται ακόμη και με πολύ υψηλή θέρμανση.

Πώς να υπολογίσετε την αντίσταση

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι υπολογισμού της αντίστασης ενός χάλκινου σύρματος. Η πιο απλή είναι η έκδοση σε πίνακα, όπου υποδεικνύονται οι αλληλένδετες παράμετροι. Επομένως, εκτός από την αντίσταση, προσδιορίζεται η τρέχουσα αντοχή, διάμετρος ή διατομή του σύρματος.

Στη δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιούνται διάφορα. Ένα σύνολο φυσικών ποσοτήτων ενός σύρματος χαλκού εισάγεται σε καθένα από αυτά, με τη βοήθεια του οποίου λαμβάνονται ακριβή αποτελέσματα. Στις περισσότερες από αυτές τις αριθμομηχανές, χρησιμοποιείται σε ποσότητα 0,0172 Ohm * mm 2 / m. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια τέτοια μέση τιμή μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια των υπολογισμών.

Η πιο δύσκολη επιλογή θεωρείται οι χειροκίνητοι υπολογισμοί, χρησιμοποιώντας τον τύπο: R \u003d p x L / S, στον οποίο p είναι η ειδική αντίσταση του χαλκού, L είναι το μήκος του αγωγού και S είναι η διατομή αυτού του αγωγού. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο πίνακας ορίζει την αντίσταση του χάλκινου σύρματος ως μία από τις χαμηλότερες. Μόνο το ασήμι έχει χαμηλότερη αξία.

Περιεχόμενο:

Η εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος εμφανίζεται όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, όταν εμφανίζεται μια διαφορά δυναμικού στους ακροδέκτες. Η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό πραγματοποιείται υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Κατά τη διαδικασία της κίνησης, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα άτομα και μεταφέρουν εν μέρει τη συσσωρευμένη ενέργειά τους σε αυτά. Αυτό οδηγεί σε μείωση της ταχύτητας κίνησής τους. Αργότερα, υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, η ταχύτητα των ηλεκτρονίων αυξάνεται ξανά. Το αποτέλεσμα μιας τέτοιας αντίστασης είναι η θέρμανση του αγωγού μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι υπολογισμού αυτής της τιμής, συμπεριλαμβανομένου του τύπου ειδικής αντίστασης, ο οποίος χρησιμοποιείται για υλικά με μεμονωμένες φυσικές ιδιότητες.

Ηλεκτρική αντίσταση

Η ουσία της ηλεκτρικής αντίστασης έγκειται στην ικανότητα μιας ουσίας να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική ενέργεια κατά τη διάρκεια της δράσης ενός ρεύματος. Αυτή η τιμή συμβολίζεται με το σύμβολο R και το Ohm χρησιμοποιείται ως μονάδα μέτρησης. Η τιμή της αντίστασης σε κάθε περίπτωση σχετίζεται με την ικανότητα του ενός ή του άλλου.

Στη διαδικασία της έρευνας, εδραιώθηκε μια εξάρτηση από την αντίσταση. Μία από τις κύριες ιδιότητες του υλικού είναι η ειδική αντίστασή του, η οποία ποικίλλει ανάλογα με το μήκος του αγωγού. Δηλαδή με αύξηση του μήκους του σύρματος αυξάνεται και η τιμή της αντίστασης. Αυτή η εξάρτηση ορίζεται ως ευθέως αναλογική.

Μια άλλη ιδιότητα ενός υλικού είναι η διατομή του. Αντιπροσωπεύει τις διαστάσεις της διατομής του αγωγού, ανεξάρτητα από τη διαμόρφωσή του. Σε αυτή την περίπτωση, προκύπτει μια αντιστρόφως ανάλογη σχέση, όταν μειώνεται με αύξηση του εμβαδού της διατομής.

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την αντίσταση είναι το ίδιο το υλικό. Κατά τη διάρκεια της έρευνας, διαπιστώθηκε διαφορετική αντοχή σε διαφορετικά υλικά. Έτσι, λήφθηκαν οι τιμές των ειδικών ηλεκτρικών αντιστάσεων για κάθε ουσία.

Αποδείχθηκε ότι οι καλύτεροι αγωγοί είναι τα μέταλλα. Μεταξύ αυτών, το ασήμι έχει τη χαμηλότερη αντίσταση και υψηλή αγωγιμότητα. Χρησιμοποιούνται στα πιο κρίσιμα σημεία στα ηλεκτρονικά κυκλώματα, επιπλέον, ο χαλκός έχει σχετικά χαμηλό κόστος.

Οι ουσίες με πολύ υψηλή ειδική αντίσταση θεωρούνται κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ως μονωτικά υλικά. Οι διηλεκτρικές ιδιότητες είναι πιο χαρακτηριστικές της πορσελάνης και του εβονίτη.

Έτσι, η ειδική αντίσταση του αγωγού έχει μεγάλη σημασία, καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του υλικού από το οποίο κατασκευάστηκε ο αγωγός. Για να γίνει αυτό, μετράται η περιοχή διατομής, προσδιορίζεται η ισχύς και η τάση ρεύματος. Αυτό σας επιτρέπει να ορίσετε την τιμή της ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης, μετά την οποία, χρησιμοποιώντας έναν ειδικό πίνακα, μπορείτε εύκολα να προσδιορίσετε την ουσία. Επομένως, η ειδική αντίσταση είναι ένα από τα πιο χαρακτηριστικά γνωρίσματα ενός υλικού. Αυτός ο δείκτης σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε το βέλτιστο μήκος του ηλεκτρικού κυκλώματος έτσι ώστε να διατηρείται η ισορροπία.

Τύπος

Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ειδική αντίσταση θα θεωρηθεί η αντίσταση οποιουδήποτε υλικού με μονάδα επιφάνειας και μονάδα μήκους. Δηλαδή, μια αντίσταση ίση με 1 ohm εμφανίζεται σε τάση 1 volt και ρεύμα 1 αμπέρ. Αυτός ο δείκτης επηρεάζεται από τον βαθμό καθαρότητας του υλικού. Για παράδειγμα, εάν προστεθεί μόνο 1% μαγγάνιο στον χαλκό, τότε η αντίστασή του θα αυξηθεί κατά 3 φορές.

Αντίσταση και αγωγιμότητα υλικών

Η αγωγιμότητα και η ειδική αντίσταση θεωρούνται κατά κανόνα σε θερμοκρασία 20 0 C. Αυτές οι ιδιότητες θα διαφέρουν για διαφορετικά μέταλλα:

• Χαλκός. Συχνά χρησιμοποιείται για την κατασκευή συρμάτων και καλωδίων. Έχει υψηλή αντοχή, αντοχή στη διάβρωση, εύκολη και απλή επεξεργασία. Στον καλό χαλκό, η αναλογία των ακαθαρσιών δεν υπερβαίνει το 0,1%. Εάν είναι απαραίτητο, ο χαλκός μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κράματα με άλλα μέταλλα.
• Αλουμίνιο. Το ειδικό του βάρος είναι μικρότερο από αυτό του χαλκού, αλλά έχει μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα και σημείο τήξης. Χρειάζεται πολύ περισσότερη ενέργεια για να λιώσει το αλουμίνιο από τον χαλκό. Οι προσμίξεις σε αλουμίνιο υψηλής ποιότητας δεν υπερβαίνουν το 0,5%.
• Σίδερο. Μαζί με τη διαθεσιμότητα και το χαμηλό κόστος, αυτό το υλικό έχει υψηλή ειδική αντίσταση. Επιπλέον, έχει χαμηλή αντοχή στη διάβρωση. Επομένως, εφαρμόζεται η επίστρωση χαλύβδινων αγωγών με χαλκό ή ψευδάργυρο.

Ο τύπος ειδικής αντίστασης σε χαμηλές θερμοκρασίες εξετάζεται χωριστά. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι ιδιότητες των ίδιων υλικών θα είναι εντελώς διαφορετικές. Για ορισμένα από αυτά, η αντίσταση μπορεί να πέσει στο μηδέν. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται υπεραγωγιμότητα, στην οποία τα οπτικά και δομικά χαρακτηριστικά του υλικού παραμένουν αμετάβλητα.

Το πώς επηρεάζει το υλικό του αγωγού λαμβάνεται υπόψη χρησιμοποιώντας ειδική αντίσταση, η οποία συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα του ελληνικού αλφαβήτου ρ και είναι αντίσταση αγωγούτμήμα 1 mm2 και μήκος 1m. Το ασήμι έχει τη χαμηλότερη ειδική αντίσταση ρ = 0,016 Ohm.mm2/m. Παρακάτω είναι οι τιμές αντίστασηγια πολλαπλούς αγωγούς:

• Αντοχή καλωδίου για ασήμι - 0,016,
• Αντοχή καλωδίου για μόλυβδο - 0,21,
• Αντοχή καλωδίου για χαλκό - 0,017,
• Αντοχή καλωδίου νικελίου - 0,42,
• Αντοχή καλωδίου για αλουμίνιο - 0,026,
• Αντοχή καλωδίου για μαγγανίνη - 0,42,
• Αντοχή καλωδίου για βολφράμιο - 0,055,
• Αντοχή καλωδίου για σταθερά - 0,5,
• Αντοχή καλωδίου για ψευδάργυρο - 0,06,
• Αντοχή καλωδίου για υδράργυρο - 0,96,
• Αντοχή καλωδίου για ορείχαλκο - 0,07,
• Αντοχή καλωδίου για nichrome - 1,05,
• Αντοχή καλωδίου για χάλυβα - 0,1,
• Αντοχή καλωδίου για fechral -1,2,
• Αντοχή καλωδίου για φωσφόρο μπρούντζο - 0,11,
• Αντίσταση καλωδίου για χρωμικό - 1,45

Δεδομένου ότι τα κράματα περιέχουν διαφορετικές ποσότητες ακαθαρσιών, η ειδική αντίσταση μπορεί να αλλάξει.

Για να υπολογίσετε την αντίσταση του αγωγού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον υπολογιστή αντίστασης αγωγού.

Αντοχή καλωδίουυπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο:

R=(ρ?l)/S

• Το R είναι αντίσταση,
• Ωμ; ρ είναι η ειδική αντίσταση, (Ohm.mm2)/m;
• l είναι το μήκος του σύρματος, m;
• s είναι η περιοχή διατομής του σύρματος, mm2.

Το εμβαδόν τομής υπολογίζεται ως εξής:

S=(π?d^2)/4=0,78?d^2≈0,8?d^2

• όπου d είναι η διάμετρος του σύρματος.

Μπορείτε να μετρήσετε τη διάμετρο του σύρματος με ένα μικρόμετρο ή παχύμετρο, αλλά αν δεν είναι κοντά σας, μπορείτε να τυλίξετε σφιχτά περίπου 20 στροφές σύρματος γύρω από τη λαβή (μολύβι), στη συνέχεια να μετρήσετε το μήκος του σύρματος και να διαιρέσετε με τον αριθμό των στροφών.

Για να προσδιορίσετε το μήκος του καλωδίου που απαιτείται για να επιτευχθεί η απαιτούμενη αντίσταση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον τύπο:

l=(S?R)/ρ

Σημειώσεις:

1. Εάν τα δεδομένα για το σύρμα δεν είναι στον πίνακα, τότε λαμβάνεται κάποια μέση τιμή. Για παράδειγμα, ένα σύρμα νικελίου που έχει διάμετρο 0,18 mm, η περιοχή διατομής είναι περίπου 0,025 mm2, η αντίσταση ενός Ο μετρητής είναι 18 ohms και το επιτρεπόμενο ρεύμα είναι 0,075 A.

2. Τα δεδομένα της τελευταίας στήλης, για άλλη πυκνότητα ρεύματος, πρέπει να αλλάξουν. Για παράδειγμα, σε πυκνότητα ρεύματος 6 A/mm2, η τιμή πρέπει να διπλασιαστεί.

Παράδειγμα 1. Ας βρούμε την αντίσταση 30 m χάλκινου σύρματος με διάμετρο 0,1 mm.

Απόφαση. Χρησιμοποιώντας τον πίνακα, παίρνουμε την αντίσταση 1 m χάλκινου σύρματος, που είναι 2,2 ohms. Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση των 30 m σύρματος θα είναι R \u003d 30.2.2 \u003d 66 Ohm.

Ο υπολογισμός σύμφωνα με τους τύπους θα μοιάζει με αυτό: επιφάνεια διατομής: s \u003d 0.78.0.12 \u003d 0.0078 mm2. Εφόσον η ειδική αντίσταση του χαλκού είναι ρ = 0,017 (Ohm.mm2)/m, παίρνουμε R = 0,017,30/0,0078 = 65,50m.

Παράδειγμα 2. Πόσο σύρμα μαγγανίνης με διάμετρο 0,5 mm χρειάζεται για να κατασκευαστεί ένας ρεοστάτης με αντίσταση 40 ohms;

Απόφαση. Σύμφωνα με τον πίνακα, επιλέγουμε την αντίσταση 1 m αυτού του σύρματος: R \u003d 2,12 Ohm: Για να φτιάξετε έναν ρεοστάτη με αντίσταση 40 Ohm, χρειάζεστε ένα καλώδιο του οποίου το μήκος είναι l \u003d 40 / 2,12 \u003d 18,9 m .

Ο υπολογισμός του τύπου θα μοιάζει με αυτό. Επιφάνεια διατομής του σύρματος s= 0,78,0,52 = 0,195 mm2. Μήκος σύρματος l \u003d 0,195,40 / 0,42 \u003d 18,6 m.

Μία από τις φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας είναι η ικανότητα να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα (αντίσταση αγωγού) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: το μήκος του ηλεκτρικού κυκλώματος, τα δομικά χαρακτηριστικά, την παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων, τη θερμοκρασία, το ρεύμα, την τάση, το υλικό και την περιοχή διατομής.

Η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του αγωγού οδηγεί στην κατευθυνόμενη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων εξαρτάται από την ίδια την ουσία και λαμβάνεται από τον πίνακα του D. I. Mendeleev, δηλαδή από την ηλεκτρονική διαμόρφωση του στοιχείου. Τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να χτυπούν κρυσταλλικού πλέγματοςστοιχείο και μεταφορά ενέργειας στο τελευταίο. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα θερμικό φαινόμενο όταν το ρεύμα ενεργεί στον αγωγό.

Κατά τη διάρκεια αυτής της αλληλεπίδρασης, επιβραδύνουν, αλλά στη συνέχεια, υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου που τους επιταχύνει, αρχίζουν να κινούνται με την ίδια ταχύτητα. Τα ηλεκτρόνια συγκρούονται πολλές φορές. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντίσταση αγωγού.

Επομένως, η ηλεκτρική αντίσταση ενός αγωγού θεωρείται ότι είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τον λόγο της τάσης προς την ισχύ του ρεύματος.

Τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση: μια τιμή που υποδεικνύει την ιδιότητα ενός φυσικού σώματος να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική ενέργεια, λόγω της αλληλεπίδρασης της ενέργειας των ηλεκτρονίων με το κρυσταλλικό πλέγμα μιας ουσίας. Από τη φύση της αγωγιμότητας διακρίνονται:

1. Αγωγοί (ικανοί να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα, καθώς υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια).
2. Ημιαγωγοί (μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό, αλλά υπό ορισμένες προϋποθέσεις).
3. Διηλεκτρικά ή μονωτικά (έχουν μεγάλη αντίσταση, δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα να μην μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα).

Αυτό το χαρακτηριστικό υποδηλώνεται με το γράμμα R και μετρημένο σε Ωμ (Ωμ). Η χρήση αυτών των ομάδων ουσιών είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη διαγραμμάτων ηλεκτρικών κυκλωμάτων συσκευών.

Για να κατανοήσετε πλήρως την εξάρτηση του R από κάτι, πρέπει να δώσετε ιδιαίτερη προσοχή στον υπολογισμό αυτής της τιμής.

Υπολογισμός ηλεκτρικής αγωγιμότητας

Για τον υπολογισμό του R ενός αγωγού εφαρμόζεται ο νόμος του Ohm, ο οποίος δηλώνει ότι το ρεύμα (I) είναι ευθέως ανάλογο με την τάση (U) και αντιστρόφως ανάλογο με την αντίσταση.

Ο τύπος για την εύρεση του χαρακτηριστικού αγωγιμότητας ενός υλικού R (συνέπεια του νόμου του Ohm για ένα τμήμα κυκλώματος): R = U / I.

Για ένα πλήρες τμήμα του κυκλώματος, αυτός ο τύπος έχει την ακόλουθη μορφή: R \u003d (U / I) - Rin, όπου Rin είναι το εσωτερικό R της πηγής ισχύος.

Η ικανότητα ενός αγωγού να μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: τάση, ρεύμα, μήκος, επιφάνεια διατομής και υλικό του αγωγού, καθώς και από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Στην ηλεκτρική μηχανική, για την πραγματοποίηση υπολογισμών και την κατασκευή αντιστάσεων, λαμβάνεται επίσης υπόψη η γεωμετρική συνιστώσα του αγωγού.

Από ποια αντίσταση εξαρτάται: από το μήκος του αγωγού - l, ειδική αντίσταση - p και από την περιοχή διατομής (με ακτίνα r) - S \u003d Pi * r * r.

Τύπος R αγωγός: R = p * l / S.

Από τον τύπο είναι ξεκάθαρο από τι εξαρτάται αντίσταση αγωγού: R, l, S. Δεν χρειάζεται να το υπολογίσουμε έτσι, γιατί υπάρχει πολύ καλύτερος τρόπος. Η ειδική αντίσταση μπορεί να βρεθεί στα σχετικά βιβλία αναφοράς για κάθε τύπο αγωγού (p είναι μια φυσική ποσότητα ίση με R ενός υλικού μήκους 1 μέτρου και με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m².

Ωστόσο, αυτός ο τύπος δεν είναι αρκετός για τον ακριβή υπολογισμό της αντίστασης, επομένως χρησιμοποιείται η εξάρτηση από τη θερμοκρασία.

Επίδραση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος

Έχει αποδειχθεί ότι κάθε ουσία έχει ειδική ειδική αντίσταση που εξαρτάται από τη θερμοκρασία.

Για να αποδειχθεί αυτό, μπορεί να πραγματοποιηθεί το ακόλουθο πείραμα. Πάρτε μια σπείρα από nichrome ή οποιονδήποτε αγωγό (που υποδεικνύεται στο διάγραμμα ως αντίσταση), μια πηγή ισχύος και ένα κανονικό αμπερόμετρο (μπορεί να αντικατασταθεί με μια λάμπα πυρακτώσεως). Συναρμολογήστε την αλυσίδα σύμφωνα με το σχήμα 1.

Σχήμα 1 - Ηλεκτρικό κύκλωμα για το πείραμα

Είναι απαραίτητο να τροφοδοτήσετε τον καταναλωτή και να παρακολουθήσετε προσεκτικά τις ενδείξεις του αμπερόμετρου. Στη συνέχεια, θερμάνετε το R χωρίς να το απενεργοποιήσετε και οι ενδείξεις του αμπερόμετρου θα αρχίσουν να μειώνονται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Υπάρχει μια εξάρτηση σύμφωνα με το νόμο του Ohm για το τμήμα του κυκλώματος: I \u003d U / R. Σε αυτήν την περίπτωση, η εσωτερική αντίσταση της πηγής ισχύος μπορεί να παραμεληθεί: αυτό δεν θα επηρεάσει την απόδειξη της εξάρτησης του R από τη θερμοκρασία. Επομένως, προκύπτει ότι η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του R είναι παρούσα.

Η φυσική σημασία της αύξησης της τιμής του R οφείλεται στην επίδραση της θερμοκρασίας στο πλάτος των ταλαντώσεων (αύξηση) των ιόντων στο κρυσταλλικό πλέγμα. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται συχνότερα και αυτό προκαλεί αύξηση του R.

Σύμφωνα με τον τύπο: R = p * l / S, βρίσκουμε έναν δείκτη που εξαρτάται από τη θερμοκρασία(S και l - δεν εξαρτώνται από τη θερμοκρασία). Παραμένει p αγωγός. Με βάση αυτό, λαμβάνεται ο τύπος εξάρτησης από τη θερμοκρασία: (R - Ro) / R \u003d a * t, όπου Ro σε θερμοκρασία 0 βαθμών Κελσίου, t είναι η θερμοκρασία περιβάλλοντος και a είναι ο συντελεστής αναλογικότητας (συντελεστής θερμοκρασίας).

Για τα μέταλλα, το "a" είναι πάντα μεγαλύτερο από το μηδέν και για τα διαλύματα ηλεκτρολυτών, ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι μικρότερος από 0.

Ο τύπος για την εύρεση του p που χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς: p \u003d (1 + a * t) * po, όπου ro είναι η τιμή ειδικής αντίστασης που λαμβάνεται από το βιβλίο αναφοράς για έναν συγκεκριμένο αγωγό. Σε αυτή την περίπτωση, ο συντελεστής θερμοκρασίας μπορεί να θεωρηθεί σταθερός. Η εξάρτηση της ισχύος (P) από το R προκύπτει από τον τύπο ισχύος: P \u003d U * I \u003d U * U / R \u003d I * I * R. Η τιμή ειδικής αντίστασης εξαρτάται επίσης από την παραμόρφωση του υλικού, σε το οποίο έχει σπάσει το κρυσταλλικό πλέγμα.

Όταν το μέταλλο υποβάλλεται σε επεξεργασία σε ψυχρό περιβάλλον σε μια συγκεκριμένη πίεση, εμφανίζεται πλαστική παραμόρφωση. Σε αυτή την περίπτωση, το κρυσταλλικό πλέγμα παραμορφώνεται και το R της ροής ηλεκτρονίων αυξάνεται. Σε αυτή την περίπτωση, η ειδική αντίσταση αυξάνεται επίσης. Αυτή η διαδικασία είναι αναστρέψιμη και ονομάζεται ανόπτηση ανακρυστάλλωσης, λόγω της οποίας μειώνονται ορισμένα από τα ελαττώματα.

Κάτω από τη δράση των δυνάμεων τάσης και συμπίεσης στο μέταλλο, το τελευταίο υφίσταται παραμορφώσεις, οι οποίες ονομάζονται ελαστικές. Η αντίσταση μειώνεται κατά τη συμπίεση, καθώς υπάρχει μείωση του πλάτους των θερμικών δονήσεων. κατευθυνόμενα φορτισμένα σωματίδια γίνεται πιο εύκολη η μετακίνηση. Όταν τεντώνεται, η ειδική αντίσταση αυξάνεται λόγω αύξησης του πλάτους των θερμικών δονήσεων.

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την αγωγιμότητα είναι ο τύπος του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό.

Η αντίσταση στα δίκτυα AC συμπεριφέρεται λίγο διαφορετικά, επειδή ο νόμος του Ohm ισχύει μόνο για κυκλώματα με τάση DC. Επομένως, οι υπολογισμοί πρέπει να γίνονται διαφορετικά.

Η σύνθετη αντίσταση συμβολίζεται με το γράμμα Z και αποτελείται από το αλγεβρικό άθροισμα ενεργών, χωρητικών και επαγωγικών αντιστάσεων.

Όταν το ενεργό R συνδέεται σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, υπό την επίδραση διαφοράς δυναμικού, αρχίζει να ρέει ένα ημιτονοειδές ρεύμα. Σε αυτήν την περίπτωση, ο τύπος μοιάζει με: Im \u003d Um / R, όπου Im και Um είναι οι τιμές πλάτους του ρεύματος και της τάσης. Ο τύπος αντίστασης έχει την ακόλουθη μορφή: Im = Um / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Pi * r * r).

Η χωρητικότητα (Xc) οφείλεται στην παρουσία πυκνωτών στα κυκλώματα. Πρέπει να σημειωθεί ότι ένα εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από τους πυκνωτές και, ως εκ τούτου, λειτουργεί ως αγωγός με χωρητικότητα.

Το Xc υπολογίζεται ως εξής: Xc = 1 / (w * C), όπου w είναι η γωνιακή συχνότητα και C είναι η χωρητικότητα ενός πυκνωτή ή μιας ομάδας πυκνωτών. Η γωνιακή συχνότητα ορίζεται ως εξής:

1. Η συχνότητα AC μετριέται (συνήθως 50 Hz).
2. Πολλαπλασιασμένο επί 6,283.

Επαγωγική αντίδραση (Xl) - υποδηλώνει την παρουσία επαγωγής στο κύκλωμα (τσοκ, ρελέ, κύκλωμα, μετασχηματιστής κ.λπ.). Υπολογίζεται ως εξής: Xl = wL, όπου L είναι η αυτεπαγωγή και w είναι η γωνιακή συχνότητα. Για να υπολογίσετε την αυτεπαγωγήπρέπει να χρησιμοποιήσετε εξειδικευμένες ηλεκτρονικές αριθμομηχανές ή ένα βιβλίο αναφοράς για τη φυσική. Έτσι, όλες οι ποσότητες υπολογίζονται σύμφωνα με τους τύπους και μένει μόνο να γράψουμε Z: Z * Z = R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl).

Για να προσδιορίσετε την τελική τιμή, είναι απαραίτητο να εξαγάγετε την τετραγωνική ρίζα της έκφρασης: R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl). Από τους τύπους προκύπτει ότι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος παίζει μεγάλο ρόλο, για παράδειγμα, σε ένα κύκλωμα του ίδιου σχεδιασμού, με αυξανόμενη συχνότητα, το Z του επίσης αυξάνεται. Πρέπει να προστεθεί ότι σε κυκλώματα με εναλλασσόμενη τάση το Ζ εξαρτάται από τέτοια δείκτες:

1. Μήκη αγωγού.
2. Τομείς - Σ.
3. Θερμοκρασίες.
4. Τύπος Υλικού.
5. χωρητικότητες.
6. επαγωγή.
7. Συχνότητες.

Επομένως, ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα του κυκλώματος έχει εντελώς διαφορετική μορφή: I=U/Z. Αλλάζει και ο νόμος για την πλήρη αλυσίδα.

Οι υπολογισμοί αντίστασης απαιτούν ορισμένο χρόνο, επομένως, για τη μέτρηση των τιμών τους χρησιμοποιούνται ειδικά ηλεκτρικά όργανα μέτρησης, που ονομάζονται ωμόμετρο. Η συσκευή μέτρησης αποτελείται από έναν δείκτη δείκτη, στον οποίο είναι συνδεδεμένη μια πηγή ρεύματος σε σειρά.

Μέτρο R όλες τις συνδυασμένες συσκευέςόπως δοκιμαστές και πολύμετρα. Τα ξεχωριστά όργανα για τη μέτρηση μόνο αυτού του χαρακτηριστικού χρησιμοποιούνται εξαιρετικά σπάνια (μεγαοχόμετρο για τον έλεγχο της μόνωσης ενός καλωδίου τροφοδοσίας).

Η συσκευή χρησιμοποιείται για τη δοκιμή ηλεκτρικών κυκλωμάτων για ζημιά και δυνατότητα συντήρησης εξαρτημάτων ραδιοφώνου, καθώς και για τη δοκιμή μόνωσης καλωδίων.

Κατά τη μέτρηση του R, είναι απαραίτητο να απενεργοποιήσετε πλήρως το τμήμα του κυκλώματος για να αποφύγετε ζημιά στη συσκευή. Για να γίνει αυτό, πρέπει να ληφθούν οι ακόλουθες προφυλάξεις:

Στα ακριβά πολύμετρα, υπάρχει μια λειτουργία συνέχειας κυκλώματος, που αντιγράφεται από ένα ηχητικό σήμα, επομένως δεν χρειάζεται να κοιτάξετε τον πίνακα οργάνων.

Έτσι, η ηλεκτρική αντίσταση παίζει σημαντικό ρόλο στην ηλεκτρική μηχανική. Εξαρτάται σε μόνιμα κυκλώματα από τη θερμοκρασία, την ισχύ του ρεύματος, το μήκος, είδος υλικού και περιοχήεγκάρσιος τμήμα αγωγού. Στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτή η εξάρτηση συμπληρώνεται από ποσότητες όπως η συχνότητα, η χωρητικότητα και η επαγωγή. Χάρη σε αυτή την εξάρτηση, είναι δυνατή η αλλαγή των χαρακτηριστικών του ηλεκτρισμού: τάση και ένταση ρεύματος. Τα ωμόμετρα χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της τιμής αντίστασης, τα οποία χρησιμοποιούνται επίσης για την ανίχνευση προβλημάτων καλωδίωσης, συνέχειας διαφόρων κυκλωμάτων και εξαρτημάτων ραδιοφώνου.

Στο σπίτι, χρησιμοποιούμε συχνά φορητά καλώδια επέκτασης - πρίζες για προσωρινές ( συνήθως μόνιμη) ενεργοποίηση οικιακών συσκευών: ηλεκτρική θερμάστρα, κλιματιστικό, σίδερο με ρεύματα υψηλής κατανάλωσης.
Το καλώδιο για αυτό το καλώδιο επέκτασης επιλέγεται συνήθως σύμφωνα με την αρχή - ό,τι είναι διαθέσιμο και αυτό δεν αντιστοιχεί πάντα στις απαραίτητες ηλεκτρικές παραμέτρους.

Ανάλογα με τη διάμετρο (ή τη διατομή του σύρματος σε mm2), το καλώδιο έχει μια ορισμένη ηλεκτρική αντίσταση για τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διατομή του αγωγού, τόσο μικρότερη είναι η ηλεκτρική αντίστασή του, τόσο μικρότερη είναι η πτώση τάσης σε αυτόν. Αντίστοιχα, η απώλεια ισχύος στο καλώδιο για τη θέρμανση του είναι μικρότερη.

Ας κάνουμε μια συγκριτική ανάλυση της απώλειας ισχύος για θέρμανση στο καλώδιο, ανάλογα με την εγκάρσια του ενότητες. Ας πάρουμε τα πιο συνηθισμένα καλώδια στην καθημερινή ζωή με διατομή: 0,75; 1,5; 2,5 mm2 για δύο επεκτάσεις με μήκος καλωδίου: L = 5m και L = 10m.

Πάρτε για παράδειγμα ένα φορτίο με τη μορφή τυπικού ηλεκτρικού θερμαντήρα με ηλεκτρικές παραμέτρους:
- τάση τροφοδοσίαςU = 220 Vol t ;
- ισχύς ηλεκτρικής θερμάστρας P \u003d 2,2 kW \u003d 2200 W ;
- ρεύμα κατανάλωσης I = P / U = 2200 W / 220 V = 10 A.

Από τη βιβλιογραφία αναφοράς, παίρνουμε τα δεδομένα αντίστασης 1 μέτρου σύρματος διαφορετικών διατομών.

Δίνεται πίνακας αντιστάσεων 1 μέτρου σύρματος από χαλκό και αλουμίνιο.

Ας υπολογίσουμε την απώλεια ισχύος για θέρμανση για τη διατομή του σύρματος S = 0,75 mm2Το σύρμα είναι κατασκευασμένο από χαλκό.

Αντίσταση σύρματος 1 μέτρο (από τον πίνακα) R 1 \u003d 0,023 Ohm.
Μήκος καλωδίου L=5μέτρα.
Μήκος καλωδίου σε καλώδιο (με επιστροφή)2 L=2 · 5 = 10 μέτρα.
Ηλεκτρική αντίσταση ενός σύρματος σε ένα καλώδιο R \u003d 2 L R 1 \u003d 2 5 0,023 \u003d 0,23 Ohm.

Πτώση τάσης στο καλώδιο κατά τη διέλευση του ρεύματος I = 10 Aθα: U \u003d I R \u003d 10 A 0,23 Ohm \u003d 2,3 V.
Η απώλεια ισχύος για θέρμανση στο ίδιο το καλώδιο θα είναι: P = U I = 2,3 V 10 A = 23 W.

Εάν το μήκος του καλωδίου L = 10 m. (της ίδιας διατομής S = 0,75 mm2), η απώλεια ισχύος στο καλώδιο θα είναι 46 W. Αυτό είναι περίπου το 2% της ισχύος που καταναλώνει ο ηλεκτρικός θερμαντήρας από το δίκτυο.

Για καλώδιο με αγωγούς αλουμινίου ίδιας διατομής S = 0,75 τ. χλστ. οι αναγνώσεις αυξάνονται και ανέρχονται σε L=5m-34,5w. Για L = 10 m - 69 W.

Όλα τα δεδομένα υπολογισμού για καλώδια με διατομή 0,75. 1,5; 2,5 mm2 για μήκος καλωδίου L=5 και L=10μέτρα φαίνονται στον πίνακα.
Όπου: S - διατομή σύρματος σε mm.sq.;
R1- αντίσταση 1 μέτρου σύρματος σε ohms.
R είναι η αντίσταση του καλωδίου σε ohms.
U είναι η πτώση τάσης στο καλώδιο σε Volts.
P είναι η απώλεια ισχύος στο καλώδιο σε watt ή σε ποσοστό.

Ποια συμπεράσματα πρέπει να εξαχθούν από αυτούς τους υπολογισμούς;

• - Με την ίδια διατομή, το χάλκινο καλώδιο έχει μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας και μικρότερη απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας για τη θέρμανση του σύρματος R.
• - Με την αύξηση του μήκους του καλωδίου αυξάνονται οι απώλειες P. Για να αντισταθμιστούν οι απώλειες, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η διατομή των καλωδίων S.
• - Είναι επιθυμητό να επιλέξετε ένα καλώδιο σε μια θήκη από καουτσούκ και οι πυρήνες του καλωδίου να είναι κολλημένοι.

Για ένα καλώδιο επέκτασης, είναι επιθυμητό να χρησιμοποιήσετε μια πρίζα Euro και ένα βύσμα Euro. Τα βύσματα Euro έχουν διάμετρο 5 mm. Ένα απλό ηλεκτρικό βύσμα έχει διάμετρο πείρου 4 mm.Τα βύσματα Euro αξιολογούνται για περισσότερο ρεύμα από μια απλή πρίζα και βύσμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος των ακίδων βύσματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή επαφής. στη διασταύρωση του βύσματος και της πρίζας,επομένως χαμηλότερη αντίσταση επαφής. Αυτό συμβάλλει στη λιγότερη θέρμανση στη διασταύρωση του βύσματος και της πρίζας.