На практика често е необходимо да се изчисли съпротивлението на различни проводници. Това може да стане с помощта на формули или с помощта на данните, дадени в табл. 1.
Ефектът на материала на проводника се взема предвид с помощта на съпротивлението, обозначено с гръцката буква? и с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm2. Най-ниско съпротивление? = 0,016 Ohm mm2/m има сребро. Нека дадем средната стойност на съпротивлението на някои проводници:
Сребро - 0.016 , Олово - 0.21, Мед - 0.017, Никелин - 0.42, Алуминий - 0.026, Манганин - 0.42, Волфрам - 0.055, Константан - 0.5, Цинк - 0.06, Живак - 0.96, Месинг - 0.07, Нихром - 1.05, Стомана - 0.1, Фехрал - 1.2, Фосфорен бронз - 0.11, Хромален - 1.45.При различни количества примеси и при различни съотношения на компонентите, включени в състава на реостатните сплави, съпротивлението може леко да се промени.
Съпротивлението се изчислява по формулата:
където R е съпротивление, Ohm; съпротивление, (Ohm mm2)/m; l - дължина на проводника, m; s - площ на напречното сечение на проводника, mm2.
Ако диаметърът на проводника d е известен, тогава неговата площ на напречното сечение е равна на:
Най-добре е да измерите диаметъра на телта с помощта на микрометър, но ако нямате такъв, трябва да навиете 10 или 20 навивки тел плътно върху молив и да измерите дължината на намотката с линийка. Разделяйки дължината на намотката на броя на завъртанията, намираме диаметъра на жицата.
За да определите дължината на проводник с известен диаметър, изработен от даден материал, необходим за получаване на необходимото съпротивление, използвайте формулата
Маса 1.
Забележка. 1. Данните за проводниците, които не са посочени в таблицата, трябва да се приемат като средни стойности. Например, за никелова жица с диаметър 0,18 mm можем приблизително да приемем, че площта на напречното сечение е 0,025 mm2, съпротивлението на един метър е 18 ома, а допустимият ток е 0,075 A.
2. За различна стойност на плътността на тока данните в последната колона трябва да бъдат съответно променени; например при плътност на тока 6 A/mm2 те трябва да се удвоят.
Пример 1. Намерете съпротивлението на 30 m медна жица с диаметър 0,1 mm.
Решение. Определяме според таблицата. 1 съпротивление на 1 m медна тел е равно на 2,2 ома. Следователно съпротивлението на 30 m тел ще бъде R = 30 2,2 = 66 ома.
Изчисляването по формулите дава следните резултати: площ на напречното сечение на проводника: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Тъй като съпротивлението на медта е 0,017 (Ohm mm2)/m, получаваме R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.
Пример 2. Колко никелова тел с диаметър 0,5 mm е необходима, за да се направи реостат със съпротивление 40 ома?
Решение. Според таблицата 1, ние определяме съпротивлението на 1 m от този проводник: R = 2,12 Ohm: Следователно, за да направите реостат със съпротивление 40 Ohm, имате нужда от проводник, чиято дължина е l = 40/2,12 = 18,9 m.
Нека направим същото изчисление, използвайки формулите. Намираме площта на напречното сечение на проводника s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. И дължината на жицата ще бъде l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.
Електрическото съпротивление, изразено в омове, е различно от концепцията за съпротивление. За да разберем какво е съпротивление, трябва да го свържем с физичните свойства на материала.
За проводимостта и съпротивлението
Потокът от електрони не се движи безпрепятствено през материала. При постоянна температура елементарните частици се люлеят около състояние на покой. В допълнение, електроните в зоната на проводимост си взаимодействат чрез взаимно отблъскване поради подобен заряд. Така възниква съпротивата.
Проводимостта е присъща характеристика на материалите и количествено определя лекотата, с която зарядите могат да се движат, когато дадено вещество е изложено на електрическо поле. Съпротивлението е реципрочната величина на материала и описва степента на трудност, която срещат електроните, докато се движат през материал, давайки индикация колко добър или лош е проводникът.
важно!Електрическо съпротивление с висока стойност показва, че материалът е лош проводник, докато съпротивление с ниска стойност показва добър проводник.
Специфичната проводимост се обозначава с буквата σ и се изчислява по формулата:
Съпротивлението ρ, като обратен индикатор, може да се намери, както следва:
В този израз E е интензитетът на генерираното електрическо поле (V/m), а J е плътността на електрическия ток (A/m²). Тогава мерната единица ρ ще бъде:
V/m x m²/A = ом m.
За проводимостта σ единицата, в която се измерва, е S/m или Siemens на метър.
Видове материали
Според съпротивлението на материалите те могат да бъдат класифицирани в няколко вида:
- Проводници. Те включват всички метали, сплави, разтвори, дисоциирани на йони, както и термично възбудени газове, включително плазма. Сред неметалите като пример може да се посочи графитът;
- Полупроводници, които всъщност са непроводими материали, чиито кристални решетки са целенасочено легирани с включване на чужди атоми с по-голям или по-малък брой свързани електрони. В резултат на това в структурата на решетката се образуват квазисвободни излишни електрони или дупки, които допринасят за проводимостта на тока;
- Диелектрици или дисоциирани изолатори са всички материали, които при нормални условия нямат свободни електрони.
За пренос на електрическа енергия или в електрически инсталации за битови и промишлени цели, често използван материал е медта под формата на едножилни или многожилни кабели. Алтернативен метал е алуминият, въпреки че съпротивлението на медта е 60% от това на алуминия. Но той е много по-лек от медта, което предопредели използването му в електропроводи на мрежи с високо напрежение. Златото се използва като проводник в електрически вериги със специално предназначение.
интересноЕлектрическата проводимост на чистата мед е приета от Международната електротехническа комисия през 1913 г. като стандарт за тази стойност. По дефиниция проводимостта на медта, измерена при 20°, е 0,58108 S/m. Тази стойност се нарича 100% LACS, а проводимостта на останалите материали се изразява като определен процент от LACS.
Повечето метали имат стойност на проводимостта под 100% LACS. Има обаче изключения, като сребро или специална мед с много висока проводимост, обозначени съответно C-103 и C-110.
Диелектриците не провеждат електричество и се използват като изолатори. Примери за изолатори:
- стъклена чаша,
- керамика,
- пластмаса,
- каучук,
- слюда,
- восък,
- хартия,
- сухи дърва,
- порцелан,
- някои мазнини за промишлени и електрически цели и бакелит.
Между трите групи преходите са плавни. Известно е със сигурност: няма абсолютно непроводими медии и материали. Например въздухът е изолатор при стайна температура, но когато е изложен на силен нискочестотен сигнал, може да стане проводник.
Определяне на проводимостта
Когато се сравнява електрическото съпротивление на различни вещества, са необходими стандартизирани условия на измерване:
- В случай на течности, лоши проводници и изолатори се използват кубични проби с дължина на ръба 10 mm;
- Стойностите на съпротивлението на почвите и геоложките образувания се определят на кубчета с дължина на всеки ръб 1 m;
- Проводимостта на разтвора зависи от концентрацията на неговите йони. Концентрираният разтвор е по-малко дисоцииран и има по-малко носители на заряд, което намалява проводимостта. С увеличаване на разреждането броят на йонните двойки се увеличава. Концентрацията на разтворите е настроена на 10%;
- За определяне на съпротивлението на метални проводници се използват проводници с дължина метър и напречно сечение 1 mm².
Ако материал, като метал, може да осигури свободни електрони, тогава, когато се приложи потенциална разлика, през проводника ще тече електрически ток. С увеличаването на напрежението повече електрони се движат през веществото в единицата време. Ако всички допълнителни параметри (температура, площ на напречното сечение, дължина и материал на проводника) са непроменени, тогава съотношението на тока към приложеното напрежение също е постоянно и се нарича проводимост:
Съответно електрическото съпротивление ще бъде:
Резултатът е в омове.
От своя страна проводникът може да бъде с различна дължина, размер на напречното сечение и изработен от различни материали, което определя стойността на R. Математически тази връзка изглежда така:
Материалният фактор отчита коефициента ρ.
От това можем да извлечем формулата за съпротивление:
Ако стойностите на S и l съответстват на дадените условия за сравнително изчисляване на съпротивлението, т.е. 1 mm² и 1 m, тогава ρ = R. Когато размерите на проводника се променят, броят на омите също се променя.
При затваряне на електрическа верига, на клемите на която има потенциална разлика, възниква електрически ток. Свободните електрони под въздействието на силите на електрическото поле се движат по протежение на проводника. При движението си електроните се сблъскват с атомите на проводника и им дават запас от своята кинетична енергия. Скоростта на движение на електроните непрекъснато се променя: когато електроните се сблъскват с атоми, молекули и други електрони, тя намалява, след това под въздействието на електрическо поле се увеличава и отново намалява при нов сблъсък. В резултат на това в проводника се установява равномерен поток от електрони със скорост няколко части от сантиметър в секунда. Следователно електроните, преминаващи през проводник, винаги срещат съпротивление при движението си от неговата страна. Когато електрическият ток преминава през проводник, последният се нагрява.
Електрическо съпротивление
Електрическото съпротивление на проводник, което се обозначава с латинска буква r, е свойството на тяло или среда да преобразува електрическата енергия в топлинна енергия, когато през него преминава електрически ток.
В диаграмите електрическото съпротивление е показано, както е показано на фигура 1, А.
Променливото електрическо съпротивление, което служи за промяна на тока във веригата, се нарича реостат. В диаграмите реостатите са обозначени, както е показано на фигура 1, b. По принцип реостатът е направен от тел с едно или друго съпротивление, навита върху изолационна основа. Плъзгачът или лостът на реостата се поставят в определено положение, в резултат на което във веригата се въвежда необходимото съпротивление.
Дълъг проводник с малко напречно сечение създава голямо съпротивление на тока. Късите проводници с голямо напречно сечение предлагат малко съпротивление на тока.
Ако вземете два проводника от различни материали, но еднаква дължина и напречно сечение, тогава проводниците ще провеждат ток по различен начин. Това показва, че съпротивлението на проводника зависи от материала на самия проводник.
Температурата на проводника също влияе върху неговото съпротивление. С повишаване на температурата съпротивлението на металите се увеличава, а съпротивлението на течности и въглища намалява. Само някои специални метални сплави (манганин, константан, никел и други) почти не променят устойчивостта си с повишаване на температурата.
И така, виждаме, че електрическото съпротивление на проводника зависи от: 1) дължината на проводника, 2) напречното сечение на проводника, 3) материала на проводника, 4) температурата на проводника.
Единицата за съпротивление е един ом. Om често се представя с гръцката главна буква Ω (омега). Следователно, вместо да пишете „Съпротивлението на проводника е 15 ома“, можете просто да напишете: r= 15 Ω.
1000 ома се нарича 1 килоома(1kOhm или 1kΩ),
1 000 000 ома се нарича 1 мегаом(1mOhm или 1MΩ).
Когато сравнявате съпротивлението на проводници от различни материали, е необходимо да вземете определена дължина и напречно сечение за всяка проба. Тогава ще можем да преценим кой материал провежда електрически ток по-добре или по-зле.
Видео 1. Съпротивление на проводника
Електрическо съпротивление
Съпротивлението в омове на проводник с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm² се нарича съпротивлениеи се обозначава с гръцката буква ρ (ro).
Таблица 1 показва съпротивленията на някои проводници.
маса 1
Съпротивления на различни проводници
Таблицата показва, че желязна жица с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm² има съпротивление 0,13 Ohm. За да получите 1 Ohm съпротивление, трябва да вземете 7,7 m такъв проводник. Среброто има най-ниско съпротивление. 1 Ohm съпротивление може да се получи, като се вземат 62,5 m сребърна жица с напречно сечение 1 mm². Среброто е най-добрият проводник, но цената на среброто изключва възможността за масовото му използване. След среброто в таблицата идва медта: 1 m медна жица с напречно сечение 1 mm² има съпротивление 0,0175 Ohm. За да получите съпротивление от 1 ом, трябва да вземете 57 m такъв проводник.
Химически чистата мед, получена чрез рафиниране, намери широко приложение в електротехниката за производство на проводници, кабели, намотки на електрически машини и устройства. Алуминият и желязото също се използват широко като проводници.
Съпротивлението на проводника може да се определи по формулата:
Където r– съпротивление на проводника в омове; ρ – специфично съпротивление на проводника; л– дължина на проводника в m; С– напречно сечение на проводника в mm².
Пример 1.Определете съпротивлението на 200 m желязна жица със сечение 5 mm².
Пример 2.Изчислете съпротивлението на 2 km алуминиева жица с напречно сечение 2,5 mm².
От формулата за съпротивление можете лесно да определите дължината, съпротивлението и напречното сечение на проводника.
Пример 3.За радиоприемник е необходимо да се навие съпротивление от 30 ома от никелова жица с напречно сечение 0,21 mm². Определете необходимата дължина на проводника.
Пример 4.Определете напречното сечение на 20 m нихромов проводник, ако съпротивлението му е 25 ома.
Пример 5.Проводник с напречно сечение 0,5 mm² и дължина 40 m има съпротивление 16 ома. Определете материала на жицата.
Материалът на проводника характеризира неговото съпротивление.
Използвайки таблицата на съпротивлението, намираме, че оловото има това съпротивление.
По-горе беше посочено, че съпротивлението на проводниците зависи от температурата. Нека направим следния експеримент. Нека навием няколко метра тънка метална жица под формата на спирала и да свържем тази спирала към веригата на батерията. За да измерим тока, свързваме амперметър към веригата. Когато намотката се нагрее в пламъка на горелката, ще забележите, че показанията на амперметъра ще намалеят. Това показва, че съпротивлението на метална тел се увеличава с нагряване.
За някои метали при нагряване до 100° съпротивлението се увеличава с 40–50%. Има сплави, които леко променят съпротивлението си при нагряване. Някои специални сплави практически не показват промяна в съпротивлението при температурни промени. Съпротивлението на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата, докато съпротивлението на електролитите (течни проводници), въглища и някои твърди вещества, напротив, намалява.
Способността на металите да променят своето съпротивление с промени в температурата се използва за конструиране на съпротивителни термометри. Този термометър е платинена тел, навита върху рамка от слюда. Чрез поставяне на термометър, например, в пещ и измерване на съпротивлението на платинената тел преди и след нагряване, може да се определи температурата в пещта.
Промяната в съпротивлението на проводник при нагряване за 1 ом първоначално съпротивление и за 1° температура се нарича температурен коефициент на съпротивлениеи се обозначава с буквата α.
Ако при температура T 0 съпротивление на проводника е r 0 и при температура Tравно на r t, след това температурния коефициент на съпротивление
Забележка.Изчислението по тази формула може да се извърши само в определен температурен диапазон (приблизително до 200°C).
Представяме стойностите на температурния коефициент на съпротивление α за някои метали (Таблица 2).
таблица 2
Стойности на температурния коефициент за някои метали
От формулата за температурния коефициент на съпротивление определяме r t:
r t = r 0 .
Пример 6.Определете съпротивлението на желязна тел, нагрята до 200°C, ако нейното съпротивление при 0°C е 100 ома.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ома.
Пример 7.Съпротивителен термометър, направен от платинова тел, имаше съпротивление 20 ома в стая при 15°C. Термометърът се поставя във фурната и след известно време се измерва съпротивлението му. Оказа се, че е равно на 29,6 ома. Определете температурата във фурната.
Електропроводимост
Досега разглеждахме съпротивлението на проводника като препятствието, което проводникът осигурява на електрическия ток. Но все пак токът тече през проводника. Следователно, освен съпротивление (препятствие), проводникът има и способността да провежда електрически ток, тоест проводимост.
Колкото по-голямо съпротивление има един проводник, толкова по-малка проводимост има, толкова по-лошо провежда електрически ток и, обратно, колкото по-малко е съпротивлението на един проводник, толкова по-голяма проводимост има, толкова по-лесно е токът да премине през проводника. Следователно съпротивлението и проводимостта на проводника са реципрочни величини.
От математиката е известно, че обратното на 5 е 1/5 и, обратно, обратното на 1/7 е 7. Следователно, ако съпротивлението на проводник се обозначава с буквата r, тогава проводимостта се определя като 1/ r. Проводимостта обикновено се символизира с буквата g.
Електрическата проводимост се измерва в (1/Ohm) или в сименс.
Пример 8.Съпротивлението на проводника е 20 ома. Определете неговата проводимост.
Ако r= 20 ома, тогава
Пример 9.Проводимостта на проводника е 0,1 (1/Ohm). Определете неговата устойчивост
Ако g = 0,1 (1/Ohm), тогава r= 1 / 0,1 = 10 (ома)
Съдържание:
В електротехниката един от основните елементи на електрическите вериги са проводниците. Тяхната задача е да пропускат електрически ток с минимални загуби. Отдавна е установено експериментално, че за да се сведат до минимум загубите на електроенергия, проводниците са най-добре направени от сребро. Именно този метал осигурява свойствата на проводник с минимално съпротивление в ома. Но тъй като този благороден метал е скъп, използването му в индустрията е много ограничено.
Алуминият и медта станаха основните метали за жиците. За съжаление съпротивлението на желязото като проводник на електричество е твърде високо, за да се направи добър проводник. Въпреки по-ниската си цена, той се използва само като носеща основа за проводници на електропроводи.
Такива различни съпротивления
Съпротивлението се измерва в ома. Но за проводниците тази стойност се оказва много малка. Ако се опитате да направите измервания с тестер в режим на измерване на съпротивлението, ще бъде трудно да получите правилния резултат. Освен това, без значение какъв проводник вземаме, резултатът на дисплея на устройството ще се различава малко. Но това не означава, че всъщност електрическото съпротивление на тези проводници ще има същия ефект върху загубите на електроенергия. За да проверите това, трябва да анализирате формулата, използвана за изчисляване на съпротивлението:
Тази формула използва количества като:
Оказва се, че съпротивлението определя съпротивлението. Има съпротивление, изчислено по формула, използваща друго съпротивление. Това електрическо съпротивление ρ (гръцка буква rho) е това, което определя предимството на даден метал като електрически проводник:
Следователно, ако използвате мед, желязо, сребро или друг материал, за да направите идентични проводници или проводници със специален дизайн, материалът ще играе основна роля в неговите електрически свойства.
Но всъщност ситуацията със съпротивлението е по-сложна от простото изчисляване с помощта на дадените по-горе формули. Тези формули не отчитат температурата и формата на диаметъра на проводника. И с повишаване на температурата съпротивлението на медта, както всеки друг метал, става по-голямо. Много ясен пример за това е крушка с нажежаема жичка. Можете да измерите съпротивлението на спиралата му с тестер. След това, като измерите тока във веригата с тази лампа, използвайте закона на Ом, за да изчислите нейното съпротивление в светещо състояние. Резултатът ще бъде много по-голям, отколкото при измерване на съпротивлението с тестер.
По същия начин медта няма да даде очакваната ефективност при високи токове, ако се пренебрегне формата на напречното сечение на проводника. Скин-ефектът, който възниква в пряка зависимост от увеличаването на тока, прави проводниците с кръгло напречно сечение неефективни, дори ако се използва сребро или мед. Поради тази причина съпротивлението на кръгъл меден проводник при голям ток може да бъде по-високо от това на плоския алуминиев проводник.
Освен това, дори ако техните напречни сечения са еднакви. При променлив ток се появява и скин-ефектът, който се увеличава с увеличаване на честотата на тока. Скин ефект означава тенденцията токът да тече по-близо до повърхността на проводник. Поради тази причина в някои случаи е по-изгодно да се използва сребърно покритие на проводниците. Дори леко намаляване на повърхностното съпротивление на меден проводник със сребърно покритие значително намалява загубата на сигнал.
Обобщение на понятието съпротивление
Както във всеки друг случай, свързан с показване на размери, съпротивлението се изразява в различни системи от единици. SI (Международна система от единици) използва ohm m, но също така е приемливо да се използва Ohm*kV mm/m (това е несистемна единица за съпротивление). Но в истински проводник стойността на съпротивлението не е постоянна. Тъй като всички материали имат определена чистота, която може да варира от точка до точка, беше необходимо да се създаде съответно представяне на съпротивлението в действителния материал. Това проявление беше законът на Ом в диференциална форма:
Този закон най-вероятно няма да важи за битовите плащания. Но по време на проектирането на различни електронни компоненти, например резистори, кристални елементи, той със сигурност се използва. Тъй като ви позволява да извършвате изчисления въз основа на дадена точка, за която има плътност на тока и сила на електрическото поле. И съответното съпротивление. Формулата се използва както за нехомогенни изотропни, така и за анизотропни вещества (кристали, газоразрядни и др.).
Как да получите чиста мед
За да се сведат до минимум загубите в медните проводници и кабелните жила, той трябва да бъде особено чист. Това се постига чрез специални технологични процеси:
- на базата на електронен лъч и зоново топене;
- многократно електролизно почистване.
Ето защо е важно да знаете параметрите на всички използвани елементи и материали. И не само електрически, но и механични. И имайте на ваше разположение няколко удобни справочни материали, които ви позволяват да сравнявате характеристиките на различни материали и да избирате за проектиране и работа точно това, което ще бъде оптимално в конкретна ситуация.
При електропреносните линии, където целта е да се достави енергия до потребителя по най-продуктивния начин, тоест с висока ефективност, се вземат предвид както икономиката на загубите, така и механиката на самите линии. Крайната икономическа ефективност на линията зависи от механиката - това е устройството и разположението на проводници, изолатори, опори, повишаващи/понижаващи трансформатори, теглото и здравината на всички конструкции, включително проводници, опънати на дълги разстояния, както и избраните материали за всеки конструктивен елемент, неговата работа и експлоатационни разходи. Освен това при електропреносните линии има по-високи изисквания за осигуряване на безопасност както на самите линии, така и на всичко около тях, където минават. И това добавя разходи както за осигуряване на електрическо окабеляване, така и за допълнителна граница на безопасност на всички конструкции.
За сравнение данните обикновено се свеждат до една сравнима форма. Често към такива характеристики се добавя епитетът „специфичен“, а самите стойности се разглеждат въз основа на определени стандарти, унифицирани от физически параметри. Например електрическото съпротивление е съпротивлението (ома) на проводник, направен от някакъв метал (мед, алуминий, стомана, волфрам, злато), имащ единица дължина и единица напречно сечение в използваната система от мерни единици (обикновено SI ). Освен това е посочена температурата, тъй като при нагряване съпротивлението на проводниците може да се държи различно. За основа са взети нормални средни работни условия - при 20 градуса по Целзий. А там, където свойствата са важни при промяна на параметрите на околната среда (температура, налягане), се въвеждат коефициенти и се съставят допълнителни таблици и графики на зависимости.
Видове съпротивление
Тъй като възниква съпротива:
- активен - или омичен, резистивен - в резултат на разхода на електроенергия за нагряване на проводника (метал), когато през него преминава електрически ток, и
- реактивен - капацитивен или индуктивен - който възниква от неизбежните загуби поради създаването на всякакви промени в тока, преминаващ през проводника на електрически полета, тогава съпротивлението на проводника се предлага в две разновидности:
- Специфично електрическо съпротивление на постоянен ток (с резистивен характер) и
- Специфично електрическо съпротивление на променлив ток (с реактивен характер).
Тук съпротивлението от тип 2 е комплексна стойност; то се състои от два компонента на TC - активен и реактивен, тъй като резистивното съпротивление винаги съществува при преминаване на тока, независимо от неговия характер, а реактивното съпротивление възниква само при промяна на тока във веригите. В постоянните вериги реактивното съпротивление възниква само по време на преходни процеси, които са свързани с включване на тока (промяна на тока от 0 до номинално) или изключване (разлика от номинално до 0). И те обикновено се вземат предвид само при проектирането на защита от претоварване.
Във веригите с променлив ток явленията, свързани с реактивното съпротивление, са много по-разнообразни. Те зависят не само от действителното преминаване на тока през определено сечение, но и от формата на проводника, като зависимостта не е линейна.
Факт е, че променливият ток индуцира електрическо поле както около проводника, през който тече, така и в самия проводник. И от това поле възникват вихрови токове, които дават ефекта на „изтласкване“ на действителното основно движение на зарядите, от дълбините на цялото напречно сечение на проводника към неговата повърхност, така нареченият „ефект на кожата“ (от кожа - кожа). Оказва се, че вихровите токове сякаш „крадат“ напречното му сечение от проводника. Токът протича в определен слой близо до повърхността, останалата дебелина на проводника остава неизползвана, не намалява съпротивлението си и просто няма смисъл да се увеличава дебелината на проводниците. Особено при високи честоти. Следователно, за променлив ток, съпротивлението се измерва в такива участъци от проводници, където цялото му сечение може да се счита за близко до повърхността. Такава жица се нарича тънка; нейната дебелина е равна на удвоената дълбочина на този повърхностен слой, където вихровите токове изместват полезния основен ток, протичащ в проводника.
Разбира се, намаляването на дебелината на кръглите проводници не изчерпва ефективното провеждане на променлив ток. Проводникът може да бъде изтънен, но в същото време направен плосък под формата на лента, тогава напречното сечение ще бъде по-високо от това на кръгъл проводник и съответно съпротивлението ще бъде по-ниско. В допълнение, простото увеличаване на повърхността ще има ефект на увеличаване на ефективното напречно сечение. Същото може да се постигне чрез използване на многожилен проводник вместо едножилен; освен това многожилният проводник е по-гъвкав от едножилния, което често е ценно. От друга страна, като се вземе предвид скин-ефектът в проводниците, е възможно да се направят проводниците композитни, като се направи сърцевината от метал, който има добри якостни характеристики, например стомана, но ниски електрически характеристики. В този случай върху стоманата се прави алуминиева оплетка, която има по-ниско съпротивление.
В допълнение към скин-ефекта, протичането на променлив ток в проводниците се влияе от възбуждането на вихрови токове в околните проводници. Такива токове се наричат индукционни токове и се индуцират както в метали, които не играят ролята на окабеляване (носещи конструктивни елементи), така и в проводниците на целия проводящ комплекс - играят ролята на проводници на други фази, неутрални , заземяване.
Всички тези явления се срещат във всички електрически конструкции, което прави още по-важно да има изчерпателна справка за голямо разнообразие от материали.
Съпротивлението на проводниците се измерва с много чувствителни и прецизни инструменти, тъй като за окабеляване се избират метали с най-ниско съпротивление - от порядъка на ома * 10 -6 на метър дължина и кв.м. мм. секции. За да измерите съпротивлението на изолацията, имате нужда от инструменти, напротив, които имат диапазони от много големи стойности на съпротивление - обикновено мегаоми. Ясно е, че проводниците трябва да провеждат добре, а изолаторите трябва да изолират добре.
Таблица
| Таблица на съпротивлението на проводници (метали и сплави) |
||||
| Материал на проводника | Състав (за сплави) | Съпротивление ρ mΩ × mm 2/m |
||
| мед, цинк, калай, никел, олово, манган, желязо и др. | ||||
| Алуминий | ||||
| Волфрам | ||||
| Молибден | ||||
| мед, калай, алуминий, силиций, берилий, олово и др. (с изключение на цинк) | ||||
| желязо, въглерод | ||||
| мед, никел, цинк | ||||
| Манганин | мед, никел, манган | |||
| Константан | мед, никел, алуминий | |||
| никел, хром, желязо, манган | ||||
| желязо, хром, алуминий, силиций, манган | ||||
Желязото като проводник в електротехниката
Желязото е най-разпространеният метал в природата и техниката (след водорода, който също е метал). Той е най-евтиният и има отлични якостни характеристики, поради което се използва навсякъде като основа за здравина на различни конструкции.
В електротехниката желязото се използва като проводник под формата на гъвкави стоманени проводници, където е необходима физическа здравина и гъвкавост, а необходимата устойчивост може да се постигне чрез подходящо напречно сечение.
Имайки таблица на съпротивлението на различни метали и сплави, можете да изчислите напречните сечения на проводници, направени от различни проводници.
Като пример, нека се опитаме да намерим електрически еквивалентното напречно сечение на проводници, направени от различни материали: медна, волфрамова, никелова и желязна тел. Нека вземем алуминиева тел с напречно сечение 2,5 mm като първоначална.
Необходимо е на дължина от 1 m съпротивлението на жицата, направена от всички тези метали, да е равно на съпротивлението на оригиналната. Съпротивлението на алуминия на 1 m дължина и 2,5 mm сечение ще бъде равно на
Където Р- устойчивост, ρ – съпротивление на метала от масата, С- площ на напречното сечение, Л- дължина.
Замествайки първоначалните стойности, получаваме съпротивлението на парче алуминиева жица с дължина метър в ома.
След това нека решим формулата за S
Ще заместим стойностите от таблицата и ще получим площите на напречното сечение за различните метали.
Тъй като съпротивлението в таблицата се измерва на проводник с дължина 1 m, в микроома на 1 mm 2 секция, тогава го получихме в микроома. За да го получите в омове, трябва да умножите стойността по 10 -6. Но не е задължително да получаваме числото ом с 6 нули след десетичната запетая, тъй като все още намираме крайния резултат в mm2.
Както можете да видите, съпротивлението на желязото е доста високо, жицата е дебела.
Но има материали, за които е дори по-голям, например никел или константан.