Otpornost aluminija. Električni otpor vodiča
14.04.2018
Kao vodljivi dijelovi u električnim instalacijama koriste se vodiči od bakra, aluminija, njihovih legura i željeza (čelika).
Bakar je jedan od najboljih vodljivih materijala. Gustoća bakra pri 20°C je 8,95 g/cm3, talište je 1083°C. Bakar je slabo kemijski aktivan, ali se lako otapa dušična kiselina, a u razrijeđenoj solnoj i sumpornoj kiselini otapa se samo u prisutnosti oksidansa (kisika). Na zraku se bakar brzo prekriva tankim slojem tamnog oksida, ali ta oksidacija ne prodire duboko u metal i služi kao zaštita od daljnje korozije. Bakar je dobar za kovanje i valjanje bez zagrijavanja.
Za proizvodnju se koristi elektrolitski bakar u ingotima koji sadrže 99,93% čistog bakra.
Električna vodljivost bakra jako ovisi o količini i vrsti nečistoća, au manjoj mjeri o mehaničkim i toplinska obrada. na 20°C iznosi 0,0172-0,018 ohm x mm2/m.
Za izradu vodiča koristi se meki, polutvrdi ili tvrdi bakar specifične težine 8,9, 8,95 odnosno 8,96 g/cm3.
Široko se koristi za proizvodnju dijelova pod naponom. bakar u legurama s drugim metalima. Većina aplikacija dobio sljedeće legure.
Mjed je legura bakra i cinka koja sadrži najmanje 50% bakra u leguri, uz dodatak drugih metala. mesing 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Postoje mjed - tombak s udjelom bakra većim od 72% (ima visoku duktilnost, antikorozivna i antifrikcijska svojstva) i specijalni mjed s dodatkom aluminija, kositra, olova ili mangana.
Mjedeni kontakt
Bronca je legura bakra i kositra s dodacima raznih metala. Ovisno o sadržaju glavne komponente u leguri, bronca se naziva kositar, aluminij, silicij, fosfor i kadmij. Otpornost bronce 0,021 - 0,052 ohm x mm 2 /m.
Mjed i bronca imaju dobre mehaničke i fizička i kemijska svojstva. Lako se obrađuju lijevanjem i brizganjem te su otporni na atmosfersku koroziju.
Aluminij - prema svojim kvalitetama drugi vodljivi materijal nakon bakra. Talište 659,8° C. Gustoća aluminija pri temperaturi od 20° iznosi 2,7 g/cm 3 . Aluminij se lako lijeva i obrađuje. Na temperaturi od 100 - 150 ° C, aluminij je kovak i duktilan (može se uvaljati u listove debljine do 0,01 mm).
Električna vodljivost aluminija jako ovisi o nečistoćama, a malo o mehaničkoj i toplinskoj obradi. Što je aluminijski sastav čišći, to je veća njegova električna vodljivost i bolja otpornost na kemijske utjecaje. Strojna obrada, valjanje i žarenje značajno utječu na mehaničku čvrstoću aluminija. Hladna obrada aluminija povećava njegovu tvrdoću, elastičnost i vlačnu čvrstoću. Otpornost aluminija na 20°C 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 /m.
Kod zamjene bakra aluminijem potrebno je povećati presjek vodiča u smislu vodljivosti, tj. za 1,63 puta.
Uz jednaku vodljivost, aluminijski vodič bit će 2 puta lakši od bakrenog.
Za izradu vodiča koristi se aluminij koji sadrži najmanje 98% čistog aluminija, silicij ne više od 0,3%, željezo ne više od 0,2%
Za izradu dijelova dijelova koji nose struju koriste aluminijske legure s drugim metalima, na primjer: duraluminij - legura aluminija s bakrom i manganom.
Silumin je laka legura izrađena od aluminija s dodatkom silicija, magnezija i mangana.
Aluminijske legure imaju dobra svojstva lijevanja i visoku mehaničku čvrstoću.
U elektrotehnici se najviše koriste: aluminijske legure:
Aluminijska deformabilna legura stupnja AD s udjelom aluminija od najmanje 98,8 i ostalih nečistoća do 1,2.
Aluminijska deformabilna legura kvalitete AD1, koja sadrži aluminij od najmanje 99,3 n i ostale nečistoće do 0,7.
Aluminijska deformabilna legura marke AD31, koja ima aluminij 97,35 - 98,15 i druge nečistoće 1,85 -2,65.
Za izradu kućišta i matrica hardverskih stezaljki koriste se legure razreda AD i AD1. Legura razreda AD31 koristi se za izradu profila i sabirnica koje se koriste za električne vodiče.
Kao rezultat toplinske obrade, proizvodi izrađeni od aluminijskih legura stječu visoke granice čvrstoće i popuštanja (puzanja).
Željezo - talište 1539°C. Gustoća željeza je 7,87. Željezo se otapa u kiselinama, a oksidira ga halogeni i kisik.
U elektrotehnici se koriste različite vrste čelika, na primjer:
Ugljični čelici su kovne legure željeza s ugljikom i drugim metalurškim nečistoćama.
Otpornost ugljičnih čelika je 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.
Legirani čelici – legure s dodatno uvedenim ugljični čelik aditivi kroma, nikla i drugih elemenata.
Čelici imaju dobra svojstva.
Sljedeće se široko koristi kao aditivi u legurama, kao i za proizvodnju lemova i proizvodnju vodljivih metala:
Kadmij je kovak metal. Talište kadmija je 321°C. Otpornost 0,1 ohm x mm 2 /m. U elektrotehnici se kadmij koristi za pripremu lemova s niskim talištem i za nanošenje zaštitnih premaza (kadmiranje) na metalne površine. Kadmij je po antikorozivnim svojstvima blizak cinku, ali su kadmijevi premazi manje porozni i nanose se u tanjem sloju od cinka.
Nikal - talište 1455°C. Otpornost nikla 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Na uobičajenim temperaturama ne oksidira ga atmosferski kisik. Nikal se koristi u legurama i za zaštitni premaz(niklanje) metalnih površina.
Kositar - talište 231,9°C. Otpor kositra je 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Kositar se koristi za lemljenje zaštitne prevlake (kositrenja) metala u čistom obliku i u obliku legura s drugim metalima.
Olovo - talište 327,4°C. Specifični otpor 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Olovo se koristi u legurama s drugim metalima kao materijal otporan na kiseline. Dodaje se legurama za lemljenje (lemovi).
Srebro je vrlo savitljiv, savitljiv metal. Talište srebra je 960,5°C. Srebro je najbolji vodič topline i električne struje. Otpornost srebra je 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 /m. Srebro se koristi za zaštitno presvlačenje (posrebrenje) metalnih površina.
Antimon je sjajni, krti metal s talištem od 631°C. Antimon se koristi kao dodatak legurama za lemljenje (lemovi).
Krom je tvrd, sjajan metal. Talište 1830°C. Na zraku pri običnoj temperaturi ne mijenja se. Otpor kroma je 0,026 ohm x mm 2 /m. Krom se koristi u legurama i za zaštitno prevlačenje (kromiranje) metalnih površina.
Cink - talište 419,4°C. Otpornost cinka 0,053 - 0,062 ohm x mm 2 /m. U vlažnom zraku cink oksidira, prekriva se slojem oksida koji štiti od naknadnih kemijskih utjecaja. U elektrotehnici se cink koristi kao dodatak legurama i lemovima, kao i za zaštitno prevlačenje (cinčanje) površina metalnih dijelova.
Čim je električna energija napustila laboratorije znanstvenika i počela se široko uvoditi u praksu Svakidašnjica, postavilo se pitanje traženja materijala koji imaju određena, ponekad potpuno suprotna svojstva u odnosu na protok kroz njih električna struja.
Na primjer, pri prijenosu električne energije na velike udaljenosti, materijal žice bio je potreban da minimizira gubitke zbog Jouleovog zagrijavanja u kombinaciji s karakteristikama niske težine. Primjer za to je poznato vodovi visokog napona vodovi za prijenos električne energije od aluminijskih žica s čeličnom jezgrom.
Ili, obrnuto, za stvaranje kompaktnih cjevastih električnih grijača bili su potrebni materijali s relativno visokim električnim otporom i visokom toplinskom stabilnošću. Najjednostavniji primjer uređaja koji koristi materijale sličnih svojstava je plamenik običnog kuhinjskog električnog štednjaka.
Vodiči koji se koriste u biologiji i medicini kao elektrode, sonde i sonde zahtijevaju visoku kemijsku otpornost i kompatibilnost s biomaterijalima, u kombinaciji s malim kontaktnim otporom.
Cijela plejada izumitelja iz različite zemlje: Engleska, Rusija, Njemačka, Mađarska i SAD. Thomas Edison, nakon što je proveo više od tisuću eksperimenata testirajući svojstva materijala prikladnih za ulogu filamenata, stvorio je svjetiljku s platinastom spiralom. Edisonove svjetiljke, iako su imale dug vijek trajanja, nisu bile praktične zbog svoje visoke cijene izvorni materijal.
Naknadni rad ruskog izumitelja Lodygina, koji je predložio korištenje relativno jeftinog, vatrostalnog volframa i molibdena s većim otporom kao filamentnih materijala, pronašao je praktičnu upotrebu. Osim toga, Lodygin je predložio ispumpavanje zraka iz cilindara žarulje sa žarnom niti, zamjenjujući ga inertnim ili plemenitim plinovima, što je dovelo do stvaranja moderne svjetiljke sa žarnom niti Pionir masovne proizvodnje pristupačnih i izdržljivih električne svjetiljke postao je tvrtka General Electric, kojoj je Lodygin dodijelio prava na svoje patente, a zatim je dugo vremena uspješno radio u laboratorijima tvrtke.
Ovaj popis se može nastaviti, budući da je radoznali ljudski um toliko inventivan da ponekad za rješavanje određenog tehničkog problema treba materijale s dosad neviđenim svojstvima ili s nevjerojatnim kombinacijama tih svojstava. Priroda više ne može pratiti naše apetite i znanstvenici iz cijelog svijeta uključili su se u utrku za stvaranje materijala koji nemaju prirodnih analoga.
To je namjerno spajanje kućišta ili kućišta električnih uređaja na zaštitni uređaj za uzemljenje. Obično se uzemljenje izvodi u obliku čeličnih ili bakrenih traka, cijevi, šipki ili uglova zakopanih u zemlju do dubine veće od 2,5 metra, koji u slučaju nesreće osiguravaju protok struje duž uređaja kruga - kućište ili kućište - uzemljenje - neutralna žica izvora izmjenične struje. Otpor ovog kruga ne smije biti veći od 4 ohma. U tom slučaju, napon na tijelu uređaja za hitne slučajeve smanjuje se na vrijednosti sigurne za ljude, a automatski zaštitni uređaji strujni krug na ovaj ili onaj način onesposobiti uređaj za hitne slučajeve.
Pri proračunu elemenata zaštitno uzemljenje Bitnu ulogu igra poznavanje otpornosti tla, koja može jako varirati.
U skladu s podacima u referentnim tablicama odabire se područje uređaja za uzemljenje, iz njega se izračunava broj elemenata za uzemljenje i stvarni dizajn cijelog uređaja. Strukturni elementi uređaja zaštitnog uzemljenja spojeni su zavarivanjem.
Električna tomografija
Elektroprospekcija proučava pripovršinski geološki okoliš i koristi se za traženje rudnih i nemetalnih minerala i drugih objekata na temelju proučavanja raznih umjetnih električnih i elektromagnetskih polja. Poseban slučaj elektroprospekcije je elektrootporna tomografija - metoda za određivanje svojstava stijene prema njihovom specifičnom otporu.
Bit metode je da na određenom položaju izvora električno polje Mjerenja napona vrše se na različitim sondama, zatim se izvor polja premjesti na drugo mjesto ili prebaci na drugi izvor i mjerenja se ponavljaju. Izvori polja i sonde prijemnika polja postavljaju se na površinu iu bušotine.
Primljeni podaci zatim se obrađuju i interpretiraju pomoću modernih računalne metode obrada koja vam omogućuje vizualizaciju informacija u obliku dvodimenzionalnih i trodimenzionalnih slika.
Kao vrlo precizna metoda pretraživanja, električna tomografija pruža neprocjenjivu pomoć geolozima, arheolozima i paleozoolozima.
Utvrđivanje oblika pojavljivanja mineralnih naslaga i granica njihove distribucije (konturiranje) omogućuje prepoznavanje pojave žilnih naslaga minerala, što značajno smanjuje troškove njihove naknadne razrade.
Arheolozima ova metoda pretraživanja daje vrijedne informacije o lokaciji drevnih ukopa i prisutnosti artefakata u njima, čime se smanjuju troškovi iskapanja.
Paleozoolozi koriste električnu tomografiju u potrazi za fosiliziranim ostacima drevnih životinja; rezultati njihova rada mogu se vidjeti u muzejima prirodne znanosti u obliku zapanjujućih rekonstrukcija kostura pretpovijesne megafaune.
Osim toga, električna tomografija se koristi tijekom izgradnje i naknadnog rada inženjerskih građevina: visoke zgrade, brane, nasipi, nasipi i drugo.
Definicije otpora u praksi
Ponekad, kako bismo riješili praktične probleme, možemo se suočiti sa zadatkom određivanja sastava tvari, na primjer, žice za rezanje polistirenske pjene. Imamo dva namotaja žice odgovarajućeg promjera od raznih nama nepoznatih materijala. Da biste riješili problem, potrebno je pronaći njihov električni otpor, a zatim pomoću razlike u pronađenim vrijednostima ili pomoću tablice za pretraživanje odrediti materijal žice.
Mjerimo metrom i iz svakog uzorka odrežemo 2 metra žice. Odredimo mikrometrom promjere žica d₁ i d₂. Uključivanjem multimetra na donju granicu mjerenja otpora mjerimo otpor uzorka R₁. Ponavljamo postupak za drugi uzorak i također mu mjerimo otpor R₂.
Uzmimo u obzir da se površina poprečnog presjeka žica izračunava formulom
S = π ∙ d 2 /4
Sada će formula za izračunavanje električnog otpora izgledati ovako:
ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L
Zamjenom dobivenih vrijednosti L, d₁ i R₁ u formulu za izračunavanje otpora danu u gornjem članku, izračunavamo vrijednost ρ₁ za prvi uzorak.
ρ 1 = 0,12 ohm mm 2 /m
Zamjenom dobivenih vrijednosti L, d₂ i R₂ u formulu izračunavamo vrijednost ρ₂ za drugi uzorak.
ρ 2 = 1,2 ohma mm 2 /m
Usporedbom vrijednosti ρ₁ i ρ₂ s referentnim podacima u gornjoj tablici 2 zaključujemo da je materijal prvog uzorka čelik, a drugog nikrom, od kojeg ćemo izraditi žicu rezača.
Oni nazivaju sposobnost metala da kroz sebe propusti nabijenu struju. S druge strane, otpornost je jedna od karakteristika materijala. Što je veći električni otpor pri određenom naponu, to će biti manji i karakterizira silu otpora vodiča prema kretanju nabijenih elektrona usmjerenih duž njega. Budući da je svojstvo prijenosa električne energije recipročna vrijednost otpora, to znači da će se u obliku formula izraziti kao omjer 1/R.
Otpor uvijek ovisi o kvaliteti materijala koji se koristi u proizvodnji uređaja. Mjeri se na temelju parametara vodiča duljine 1 metar i površine poprečnog presjeka od 1 kvadratnog milimetra. Na primjer, specifično svojstvo otpora za bakar je uvijek jednako 0,0175 Ohma, za aluminij - 0,029, željezo - 0,135, konstantan - 0,48, nikrom - 1-1,1. Vlastiti otpor čelika jednak je broju 2*10-7 Ohm.m
Otpor struji izravno je proporcionalan duljini vodiča po kojem se ona kreće. Što je uređaj dulji, otpor je veći. Lakše ćete razumjeti ovaj odnos ako zamislite dva zamišljena para plovila koja međusobno komuniciraju. Neka spojna cijev ostane tanja za jedan par uređaja, a deblja za drugi. Kada su oba para napunjena vodom, prijenos tekućine kroz debelu cijev bit će puno brži, jer će imati manji otpor protoku vode. Po ovoj analogiji, lakše mu je proći uz debeli vodič nego uz tanki.
Otpor, kao SI jedinica, mjeri se Ohm.m. Vodljivost ovisi o prosječnoj duljini slobodnog leta nabijenih čestica, što karakterizira struktura materijala. Metali bez primjesa, koji imaju najispravnije najmanjih vrijednosti protudjelovanje. Suprotno tome, nečistoće iskrivljuju rešetku, čime se povećava njezina izvedba. Otpornost metala nalazi se u uskom rasponu vrijednosti pri normalnim temperaturama: od srebra od 0,016 do 10 μΩm (legure željeza i kroma s aluminijem).
O značajkama kretanja nabijenih
elektroni u vodiču su pod utjecajem temperature, budući da s njezinim porastom raste amplituda valnih oscilacija postojećih iona i atoma. Kao rezultat, ostalo je manje elektrona slobodan prostor za normalno kretanje u kristalnoj rešetki. To znači da se povećava prepreka za pravilno kretanje. Otpornost bilo kojeg vodiča, kao i obično, raste linearno s povećanjem temperature. Poluvodiče, naprotiv, karakterizira smanjenje s povećanjem stupnjeva, jer to rezultira oslobađanjem mnogih naboja koji izravno stvaraju električnu struju.
Proces hlađenja nekih metalnih vodiča na željenu temperaturu dovodi njihov otpor do naglog stanja i pada na nulu. Taj je fenomen otkriven 1911. i nazvan supravodljivost.
Unatoč tome što se ova tema može činiti potpuno banalnom, u njoj ću odgovoriti na jedno vrlo važno pitanje o proračunu gubitaka napona i proračunu struja kratkog spoja. Mislim da će ovo za mnoge od vas biti isto otkriće kao što je bilo i za mene.
Nedavno sam proučavao jedan vrlo zanimljiv GOST:
GOST R 50571.5.52-2011 Niskonaponske električne instalacije. Dio 5-52. Izbor i montaža električne opreme. Električno ožičenje.
Ovaj dokument daje formulu za izračunavanje gubitka napona i navodi:
p je otpor vodiča u normalnim uvjetima, uzet jednak otporu pri temperaturi u normalnim uvjetima, to jest 1,25 otpora na 20 °C, ili 0,0225 Ohm mm 2 /m za bakar i 0,036 Ohm mm 2 /m za aluminij;
Ništa nisam razumio =) Očigledno, kada izračunavamo gubitak napona i kada izračunavamo struje kratkog spoja, moramo uzeti u obzir otpor vodiča, kao u normalnim uvjetima.
Važno je napomenuti da su sve tablične vrijednosti dane na temperaturi od 20 stupnjeva.
I što normalnim uvjetima? Mislio sam na 30 Celzijevih stupnjeva.
Prisjetimo se fizike i izračunajmo na kojoj će se temperaturi otpor bakra (aluminija) povećati za 1,25 puta.
R1=R0
R0 – otpornost na 20 stupnjeva Celzijusa;
R1 - otpor na T1 stupnjeva Celzijusa;
T0 - 20 stupnjeva Celzijusa;
α=0,004 po stupnju Celzija (bakar i aluminij su gotovo isti);
1,25=1+α (T1-T0)
T1=(1,25-1)/ α+T0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 stupnjeva Celzija.
Kao što vidite, ovo uopće nije 30 stupnjeva. Očigledno, svi izračuni moraju se izvesti na maksimalno dopuštenim temperaturama kabela. Maksimalna radna temperatura kabela je 70-90 stupnjeva ovisno o vrsti izolacije.
Da budem iskren, ne slažem se s ovim, jer... ova temperatura odgovara praktički hitnom načinu rada električne instalacije.
U svojim programima postavio sam otpor bakra na 0,0175 Ohm mm 2 /m, a za aluminij na 0,028 Ohm mm 2 /m.
Ako se sjećate, napisao sam da je u mom programu za proračun struja kratkog spoja rezultat približno 30% manji od vrijednosti u tablici. Tamo se otpor petlje faza-nula automatski izračunava. Pokušao sam pronaći grešku, ali nisam uspio. Očigledno, netočnost izračuna leži u otporu koji se koristi u programu. I svatko može pitati o otporu, tako da ne bi trebalo biti pitanja o programu ako navedete otpor iz gornjeg dokumenta.
Ali najvjerojatnije ću morati promijeniti programe za izračun gubitaka napona. To će rezultirati povećanjem rezultata izračuna za 25%. Iako su u programu ELEKTRIKA gubici napona gotovo isti kao kod mene.
Ako ste prvi put na ovom blogu, onda možete vidjeti sve moje programe na stranici
Po vašem mišljenju, na kojoj temperaturi treba izračunati gubitke napona: na 30 ili 70-90 stupnjeva? Bilo da postoji propisi tko će odgovoriti na ovo pitanje?
Tvari i materijali koji mogu provoditi električnu struju nazivaju se vodiči. Ostali su klasificirani kao dielektrici. Ali nema čistih dielektrika; svi oni također provode struju, ali je njezina veličina vrlo mala.
Ali i vodiči različito provode struju. Prema formuli Georga Ohma, struja koja teče kroz vodič linearno je proporcionalna veličini napona koji se na njega primjenjuje i obrnuto proporcionalna veličini koja se naziva otpor.
Mjerna jedinica otpora nazvana je Ohm u čast znanstvenika koji je otkrio ovaj odnos. Ali pokazalo se da su dirigenti napravljeni od različitih materijala i imaju iste geometrijske dimenzije, imaju različit električni otpor. Za određivanje otpora vodiča poznate duljine i presjeka uveden je pojam otpora - koeficijent koji ovisi o materijalu.
Kao rezultat toga, otpor vodiča poznate duljine i presjeka bit će jednak
Otpornost se ne odnosi samo na čvrste materijale, već i na tekućine. Ali njegova vrijednost također ovisi o nečistoćama ili drugim komponentama u izvornom materijalu. Čista voda ne provodi električnu struju jer je dielektrik. Ali destilirana voda ne postoji u prirodi, ona uvijek sadrži soli, bakterije i druge nečistoće. Ovaj koktel je vodič električne struje s otporom.
Uvođenjem raznih aditiva u metale dobivaju se novi materijali - legure, čiji se otpor razlikuje od otpora izvornog materijala, čak i ako je postotak dodatka beznačajan.
Ovisnost otpora o temperaturi
Otpornost materijala navedena je u referentnim knjigama za temperature bliske sobnoj temperaturi (20 °C). Kako se temperatura povećava, otpornost materijala raste. Zašto se ovo događa?
Električna struja se provodi unutar materijala slobodni elektroni. Pod utjecajem električnog polja oni se odvajaju od svojih atoma i kreću između njih u smjeru određenom ovim poljem. Atomi tvari tvore kristalnu rešetku, između čvorova kojih se kreće tok elektrona, koji se također naziva "elektronski plin". Pod utjecajem temperature čvorovi (atomi) rešetke titraju. Sami elektroni također se ne kreću pravocrtno, već duž zamršene putanje. Istodobno se često sudaraju s atomima, mijenjajući njihovu putanju. U nekim trenucima vremena elektroni se mogu kretati u smjeru suprotnom od smjera električne struje.
S porastom temperature povećava se amplituda atomskih vibracija. Sudar elektrona s njima događa se češće, usporava se kretanje toka elektrona. Fizički, to se izražava povećanjem otpora.
Primjer korištenja ovisnosti otpora o temperaturi je rad žarulje sa žarnom niti. Volframova spirala od koje je izrađena žarna nit ima mali otpor u trenutku uključivanja. Nalet struje u trenutku uključivanja brzo ga zagrijava, otpor se povećava, a struja se smanjuje i postaje nominalna.
Isti se proces događa s nichrome grijaćim elementima. Stoga je nemoguće izračunati njihov način rada određivanjem duljine nichrome žice poznatog presjeka za stvaranje potrebnog otpora. Za izračune potreban vam je otpor grijane žice, a referentne knjige daju vrijednosti za sobna temperatura. Stoga se konačna duljina nichrome spirale podešava eksperimentalno. Izračuni određuju približnu duljinu, a prilikom podešavanja postupno skraćujte nit dio po dio.
Temperaturni koeficijent otpora
Ali ne u svim uređajima, prisutnost ovisnosti otpora vodiča o temperaturi je korisna. U mjernoj tehnici promjena otpora elemenata kruga dovodi do pogreške.
Za kvantificiranje ovisnosti otpora materijala o temperaturi, koncept temperaturni koeficijent otpor (TCS). Pokazuje koliko se otpor materijala mijenja kada se temperatura promijeni za 1°C.
Za izradu elektroničkih komponenti - otpornika koji se koriste u krugovima mjerne opreme koriste se materijali s niskim TCR-om. Oni su skuplji, ali parametri uređaja se ne mijenjaju u širokom temperaturnom rasponu okoliš.
Ali također se koriste svojstva materijala s visokim TCS-om. Rad nekih senzora temperature temelji se na promjeni otpora materijala od kojeg je izrađen mjerni element. Da biste to učinili, morate održavati stabilan napon napajanja i mjeriti struju koja prolazi kroz element. Baždarenjem skale uređaja koji mjeri struju prema standardnom termometru dobiva se elektronički mjerač temperature. Ovaj princip se koristi ne samo za mjerenja, već i za senzore pregrijavanja. Onemogućavanje uređaja kada se pojave nenormalni radni uvjeti, što dovodi do pregrijavanja namota transformatora ili energetskih poluvodičkih elemenata.
U elektrotehnici se također koriste elementi koji mijenjaju svoj otpor ne od temperature okoline, već od struje kroz njih - termistori. Primjer njihove uporabe su sustavi za demagnetizaciju katodnih cijevi televizora i monitora. Kada je napon doveden, otpor otpornika je minimalan, a struja prolazi kroz njega u zavojnicu za demagnetizaciju. Ali ista struja zagrijava materijal termistora. Njegov se otpor povećava, smanjujući struju i napon na zavojnici. I tako dok potpuno ne nestane. Kao rezultat toga, na zavojnicu se primjenjuje sinusoidalni napon s glatko padajućom amplitudom, stvarajući isto magnetsko polje u svom prostoru. Rezultat je da je nit cijevi već demagnetizirana dok se ne zagrije. A upravljački krug ostaje zaključan dok se uređaj ne isključi. Tada će se termistori ohladiti i ponovno biti spremni za rad.
Fenomen supravodljivosti
Što se događa ako se temperatura materijala smanji? Otpor će se smanjiti. Postoji granica do koje se temperatura smanjuje, tzv apsolutna nula. ovo - 273°S. Ispod ove granice nema temperatura. Pri ovoj vrijednosti, otpornost bilo kojeg vodiča je nula.
Na apsolutnoj nuli atomi kristalne rešetke prestaju titrati. Kao rezultat toga, elektronski oblak se kreće između čvorova rešetke bez sudara s njima. Otpor materijala postaje nula, što otvara mogućnost dobivanja beskonačno velikih struja u vodičima malih presjeka.
Fenomen supravodljivosti otvara nove horizonte za razvoj elektrotehnike. Ali još uvijek postoje poteškoće povezane s postizanjem u domaćim uvjetima ultraniskih temperatura potrebnih za stvaranje ovog učinka. Kad se problemi riješe, elektrotehnika će prijeći na novu razinu razvoja.
Primjeri korištenja vrijednosti otpora u izračunima
Već smo se upoznali s načelima izračuna duljine nichrome žice za proizvodnju grijaće tijelo. Ali postoje i druge situacije kada je potrebno poznavanje otpornosti materijala.
Za izračun konture uređaja za uzemljenje koriste se koeficijenti koji odgovaraju tipičnim tlima. Ako je vrsta tla na mjestu petlje uzemljenja nepoznata, tada se za točne izračune prvo mjeri njegov otpor. Na taj su način rezultati proračuna točniji, što eliminira potrebu za podešavanjem parametara kruga tijekom proizvodnje: dodavanjem broja elektroda, što dovodi do povećanja geometrijskih dimenzija uzemljivača.
Specifična otpornost materijala od kojih su izrađeni kabelske linije i sabirnice, koristi se za izračunavanje njihovog aktivnog otpora. Zatim ga koristite pri nazivnoj struji opterećenja izračunava se vrijednost napona na kraju voda. Ako se njegova vrijednost pokaže nedovoljnom, tada se poprečni presjeci vodiča unaprijed povećavaju.
Stoga je važno znati parametre svih elemenata i materijala koji se koriste. I ne samo električni, već i mehanički. I imajte na raspolaganju neke zgodne referentni materijali, omogućujući vam da usporedite karakteristike različitih materijala i odaberete za dizajn i rad upravo ono što će biti optimalno konkretna situacija.
U dalekovodima za prijenos energije, gdje je cilj isporuka energije do potrošača na najproduktivniji način, odnosno s visokom učinkovitošću, uzimaju se u obzir i ekonomika gubitaka i mehanika samih vodova. Konačna ekonomska učinkovitost voda ovisi o mehanici - to jest o uređaju i rasporedu vodiča, izolatora, nosača, transformatora za povećanje/spuštanje, težini i čvrstoći svih konstrukcija, uključujući žice rastegnute na velikim udaljenostima, kao i materijale odabrane za svaki strukturni element, njegove troškove rada i rada. Osim toga, kod vodova za prijenos električne energije postoje veći zahtjevi za osiguranjem sigurnosti kako samih vodova tako i svega oko njih gdje prolaze. A to dodaje troškove i za pružanje električnih žica i za dodatnu marginu sigurnosti svih struktura.
Za usporedbu, podaci se obično svode na jedan, usporedivi oblik. Često se takvim karakteristikama dodaje epitet "specifičan", a same vrijednosti se razmatraju na temelju određenih standarda objedinjenih fizičkim parametrima. Na primjer, električni otpor je otpor (ohmi) vodiča izrađenog od nekog metala (bakar, aluminij, čelik, volfram, zlato) koji ima jediničnu duljinu i jedinični presjek u sustavu mjernih jedinica koji se koristi (obično SI ). Osim toga, određena je temperatura, budući da se kod zagrijavanja otpor vodiča može ponašati drugačije. Kao osnova uzeti su normalni prosječni radni uvjeti - na 20 stupnjeva Celzijusa. A tamo gdje su svojstva važna pri promjeni parametara okoliša (temperatura, tlak), uvode se koeficijenti i sastavljaju dodatne tablice i grafikoni ovisnosti.
Vrste otpora
Budući da se otpor događa:
- aktivni - ili omski, otporni - nastaju utroškom električne energije na zagrijavanje vodiča (metala) kada kroz njega prolazi električna struja, i
- reaktivni - kapacitivni ili induktivni - koji nastaje neizbježnim gubicima zbog stvaranja bilo kakvih promjena u struji koja prolazi kroz vodič električnih polja, tada otpornost vodiča dolazi u dvije varijante:
- Specifični električni otpor na istosmjernu struju (otporne prirode) i
- Specifični električni otpor na izmjeničnu struju (reaktivne prirode).
Ovdje je otpornost tipa 2 složena vrijednost; sastoji se od dvije TC komponente - aktivne i reaktivne, jer otpornost postoji uvijek kada struja prolazi, bez obzira na njegovu prirodu, a reaktivna otpornost se javlja samo s bilo kojom promjenom struje u krugovima. U lancima istosmjerna struja reaktancija se javlja samo tijekom prijelaznih procesa koji su povezani s uključivanjem struje (promjena struje od 0 do nominalne) ili isključivanjem (razlika od nominalne do 0). I obično se uzimaju u obzir samo pri projektiranju zaštite od preopterećenja.
U krugovima izmjenične struje, fenomeni povezani s reaktancijom mnogo su raznolikiji. Oni ne ovise samo o stvarnom prolazu struje kroz određeni presjek, već i o obliku vodiča, a ovisnost nije linearna.
Činjenica je da izmjenična struja inducira električno polje kako oko vodiča kroz koji teče, tako i u samom vodiču. A iz tog polja nastaju vrtložne struje, koje daju učinak "guranja" stvarnog glavnog kretanja naboja, iz dubine cijelog presjeka vodiča na njegovu površinu, takozvani "skin efekt" (od koža – koža). Ispada da vrtložne struje kao da "kradu" njegov presjek od vodiča. Struja teče u određenom sloju blizu površine, preostala debljina vodiča ostaje neiskorištena, ne smanjuje svoj otpor i jednostavno nema smisla povećavati debljinu vodiča. Pogotovo na visokim frekvencijama. Stoga se za izmjeničnu struju otpor mjeri u takvim dijelovima vodiča gdje se cijeli dio može smatrati blizu površine. Takva žica se naziva tankom; njena debljina je jednaka dvostrukoj dubini ovog površinskog sloja, gdje vrtložne struje istiskuju korisnu glavnu struju koja teče u vodiču.
Naravno, smanjenjem debljine okruglih žica ne iscrpljuje se učinkovito provođenje izmjenične struje. Vodič se može stanjiti, ali istovremeno učiniti ravnim u obliku trake, tada će poprečni presjek biti veći od presjeka okrugle žice, a prema tome i otpor će biti manji. Osim toga, jednostavno povećanje površine imat će učinak povećanja efektivnog poprečnog presjeka. Isto se može postići korištenjem višežilne žice umjesto jednožilne; štoviše, višežilna žica je fleksibilnija od jednožilne žice, što je često vrijedno. S druge strane, uzimajući u obzir skin-efekt u žicama, moguće je napraviti žice kompozitnim izradom jezgre od metala koji ima dobre karakteristike čvrstoće, na primjer, čelik, ali niske električne karakteristike. U ovom slučaju preko čelika se izrađuje aluminijska pletenica koja ima manji otpor.
Osim skin efekta, na tok izmjenične struje u vodičima utječe i pobuda vrtložnih struja u okolnim vodičima. Takve struje nazivaju se indukcijske struje, a induciraju se iu metalima koji ne igraju ulogu ožičenja (nosivi konstrukcijski elementi), iu žicama cijelog vodljivog kompleksa - igrajući ulogu žica drugih faza, neutralnih , uzemljenje.
Svi ovi fenomeni pojavljuju se u svim električnim strukturama, zbog čega je još važnije imati sveobuhvatnu referencu za širok izbor materijala.
Otpor vodiča mjeri se vrlo osjetljivim i preciznim instrumentima, budući da se za ožičenje odabiru metali s najmanjim otporom - reda ohma * 10 -6 po metru duljine i kvadratnom metru. mm. odjeljci. Da biste izmjerili otpor izolacije, potrebni su vam instrumenti, naprotiv, koji imaju raspon vrlo velikih vrijednosti otpora - obično megohma. Jasno je da vodiči moraju dobro voditi, a izolatori moraju dobro izolirati.
Stol
| Tablica otpora vodiča (metala i legura) |
||||
| Materijal vodiča | Sastav (za legure) | Otpornost ρ mΩ × mm 2/m |
||
| bakar, cink, kositar, nikal, olovo, mangan, željezo itd. | ||||
| Aluminij | ||||
| Volfram | ||||
| Molibden | ||||
| bakar, kositar, aluminij, silicij, berilij, olovo itd. (osim cinka) | ||||
| željezo, ugljik | ||||
| bakar, nikal, cink | ||||
| Manganin | bakar, nikal, mangan | |||
| Constantan | bakar, nikal, aluminij | |||
| nikal, krom, željezo, mangan | ||||
| željezo, krom, aluminij, silicij, mangan | ||||
Željezo kao vodič u elektrotehnici
Željezo je najzastupljeniji metal u prirodi i tehnici (nakon vodika koji je također metal). Najjeftiniji je i ima izvrsne karakteristike čvrstoće, pa se svugdje koristi kao osnova za čvrstoću. raznih dizajna.
U elektrotehnici se željezo koristi kao vodič u obliku čelika savitljive žice gdje je potrebna fizička snaga i fleksibilnost, a potrebna otpornost se može postići odgovarajućim presjekom.
Imajući tablicu otpora različitih metala i legura, možete izračunati poprečne presjeke žica izrađenih od različitih vodiča.
Kao primjer, pokušajmo pronaći električki ekvivalentni presjek vodiča izrađenih od različitih materijala: bakrene, volframove, nikalne i željezne žice. Uzmimo kao početnu aluminijsku žicu presjeka 2,5 mm.
Trebamo da na duljini od 1 m otpor žice od svih ovih metala bude jednak otporu izvorne. Otpor aluminija po 1 m duljine i presjeka od 2,5 mm bit će jednak
Gdje R- otpornost, ρ – otpornost metala iz tablice, S- poprečni presjek područja, L- duljina.
Zamjenom izvornih vrijednosti dobivamo otpor metarskog komada aluminijske žice u ohima.
Nakon toga riješimo formulu za S
Zamijenit ćemo vrijednosti iz tablice i dobiti površine presjeka za različite metale.
Budući da se otpor u tablici mjeri na žici duljine 1 m, u mikroomima po presjeku od 1 mm 2, tada smo ga dobili u mikroomima. Da biste ga dobili u ohmima, trebate pomnožiti vrijednost s 10 -6. Ali ne moramo nužno dobiti broj ohm sa 6 nula nakon decimalne točke, budući da konačni rezultat još uvijek nalazimo u mm2.
Kao što vidite, otpor željeza je prilično visok, žica je debela.
Ali postoje materijali za koje je još veći, na primjer, nikal ili konstantan.
- električna veličina koja karakterizira svojstvo materijala da sprječava protok električne struje. Ovisno o vrsti materijala, otpor može težiti nuli - biti minimalan (milje/mikro oma - vodiči, metali) ili biti vrlo velik (giga oma - izolacija, dielektrici). Recipročna vrijednost električnog otpora je .
Jedinica električni otpor - Ohm. Označava se slovom R. Određuje se ovisnost otpora o struji u zatvorenom krugu.
Ohmmetar- uređaj za izravno mjerenje otpora kruga. Ovisno o rasponu izmjerene vrijednosti, dijele se na gigaommetre (za velike otpore - kod mjerenja izolacije), i mikro/miliohmetre (za male otpore - kod mjerenja prijelaznih otpora kontakata, namota motora i sl.).
Postoji veliki izbor ohmmetara po dizajnu različitih proizvođača, od elektromehaničkih do mikroelektroničkih. Vrijedno je napomenuti da klasični ohmmetar mjeri aktivni dio otpora (tzv. ohme).
Svaki otpor (metalni ili poluvodički) u krugu izmjenične struje ima aktivnu i jalovu komponentu. Zbroj aktivnog i reaktivnog otpora je Impedancija AC kruga a izračunava se po formuli:
gdje je Z ukupni otpor kruga izmjenične struje;
R je aktivni otpor kruga izmjenične struje;
Xc je kapacitivna reaktancija kruga izmjenične struje; 
(C - kapacitet, w - kutna brzina izmjenične struje)
Xl je induktivna reaktancija kruga izmjenične struje; 
(L je induktivitet, w je kutna brzina izmjenične struje).
Aktivni otpor- ovo je dio ukupnog otpora električnog kruga, čija se energija potpuno pretvara u druge vrste energije (mehanička, kemijska, toplinska). Posebno svojstvo aktivne komponente je potpuni utrošak električne energije (ne vraća se energija u mrežu), a reaktancija vraća dio energije natrag u mrežu (negativno svojstvo jalove komponente).
Fizičko značenje aktivnog otpora
Svako okruženje kroz koje prolaze električni naboji stvara prepreke na svom putu (vjeruje se da su to čvorovi kristalna rešetka), u koje kao da udaraju i gube energiju koja se oslobađa u obliku topline.
Tako nastaje pad (gubitak električne energije) čiji se dio gubi zbog unutarnjeg otpora vodljivog medija.
Numerička vrijednost koja karakterizira sposobnost materijala da spriječi prolaz naboja naziva se otpor. Mjeri se u Ohmima (Ohm) i obrnuto je proporcionalna električnoj vodljivosti.
Razni elementi periodni sustav elemenata Mendeleev imaju različite električne otpore (p), na primjer, najmanji. Srebro (0,016 Ohm*mm2/m), bakar (0,0175 Ohm*mm2/m), zlato (0,023) i aluminij (0,029) imaju otpor. Koriste se u industriji kao glavni materijali na kojima se gradi sva elektrotehnika i energija. Dielektrici, naprotiv, imaju visoku vrijednost udara. otpornost i koriste se za izolaciju.
Otpor vodljivog medija može značajno varirati ovisno o presjeku, temperaturi, veličini i frekvenciji struje. Osim toga, različiti okoliši imaju različite nositelje naboja (slobodni elektroni u metalima, ioni u elektrolitima, "rupe" u poluvodičima), koji su odlučujući faktori otpora.
Fizikalno značenje reaktancije
U zavojnicama i kondenzatorima, kada se primijeni, energija se akumulira u obliku magnetskog i električnog polja, za što je potrebno neko vrijeme.
Magnetska polja u mrežama izmjenične struje mijenjaju se prateći promjenu smjera kretanja naboja, pružajući pritom dodatni otpor.
Osim toga, dolazi do stabilnog faznog i strujnog pomaka, što dovodi do dodatnih gubitaka električne energije.
Otpornost
Kako možemo saznati otpor materijala ako kroz njega nema strujanja, a nemamo ohmmetar? Za to postoji posebna vrijednost - električni otpor materijala V
(ovo su tablične vrijednosti koje se određuju empirijski za većinu metala). Koristeći ovu vrijednost i fizikalne veličine materijala, otpor možemo izračunati pomoću formule:
Gdje, str— otpornost (jedinice ohm*m/mm2);
l—duljina vodiča (m);
S— poprečni presjek(mm 2).