Praktikas on sageli vaja arvutada erinevate juhtmete takistus. Seda saab teha valemite või tabelis toodud andmete abil. 1.
Juhtmaterjali mõju on arvesse võetud kasutades takistust, mida tähistatakse kreeka tähega? ja mille pikkus on 1 m ja ristlõikepindala 1 mm2. Madalaim takistus? = 0,016 Ohm mm2/m on hõbedane. Anname mõne juhtme takistuse keskmise väärtuse:
Hõbe - 0,016 , plii - 0,21, vask - 0,017, nikkel - 0,42, alumiinium - 0,026, manganiin - 0,42, volfram - 0,055, konstantaan - 0,5, tsink - 0,06, elavhõbe - 0,96, teras, kroom - 1, 0,0,0. - 1,2, fosforpronks - 0,11, kroom - 1,45.Erinevate lisandite koguste ja reostaatiliste sulamite koostises sisalduvate komponentide erineva vahekorra korral võib eritakistus veidi muutuda.
Vastupidavus arvutatakse järgmise valemi abil:
kus R on takistus, Ohm; eritakistus, (Ohm mm2)/m; l - traadi pikkus, m; s - traadi ristlõikepindala, mm2.
Kui traadi läbimõõt d on teada, on selle ristlõikepindala võrdne:
Kõige parem on traadi läbimõõtu mõõta mikromeetriga, aga kui sul seda pole, tuleks 10 või 20 keerdu traati tihedalt pliiatsi peale kerida ja mähise pikkust mõõta joonlauaga. Jagades mähise pikkuse keerdude arvuga, leiame traadi läbimõõdu.
Teatud materjalist valmistatud teadaoleva läbimõõduga traadi pikkuse määramiseks, mis on vajalik nõutava takistuse saavutamiseks, kasutage valemit
Tabel 1.
Märge. 1. Andmeid juhtmete kohta, mida tabelis ei ole loetletud, tuleks võtta mõne keskmise väärtusena. Näiteks 0,18 mm läbimõõduga nikkeltraadi puhul võime ligikaudu eeldada, et ristlõikepindala on 0,025 mm2, ühe meetri takistus on 18 oomi ja lubatud vool on 0,075 A.
2. Voolutiheduse erineva väärtuse korral tuleb viimases veerus olevaid andmeid vastavalt muuta; näiteks voolutiheduse 6 A/mm2 korral tuleks need kahekordistada.
Näide 1. Leidke 30 m pikkuse 0,1 mm läbimõõduga vasktraadi takistus.
Lahendus. Määrame tabeli järgi. 1 takistus 1 m vasktraadist, see võrdub 2,2 oomiga. Seetõttu on 30 m traadi takistus R = 30 2,2 = 66 oomi.
Valemite abil arvutamine annab järgmised tulemused: traadi ristlõikepindala: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Kuna vase eritakistus on 0,017 (Ohm mm2)/m, saame R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.
Näide 2. Kui palju 0,5 mm läbimõõduga nikkeltraati on vaja 40-oomise takistusega reostaadi valmistamiseks?
Lahendus. Tabeli järgi 1, määrame selle traadi 1 m takistuse: R = 2,12 oomi: Seetõttu on 40 oomi takistusega reostaadi valmistamiseks vaja traati, mille pikkus on l = 40/2,12 = 18,9 m.
Teeme sama arvutuse valemite abil. Leiame traadi ristlõike pindala s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. Ja traadi pikkus on l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.
Elektritakistus, mida väljendatakse oomides, erineb takistuse mõistest. Et mõista, mis on eritakistus, peame selle seostama materjali füüsikaliste omadustega.
Juhtivuse ja takistuse kohta
Elektronide vool ei liigu takistamatult läbi materjali. Konstantsel temperatuuril kõikuvad elementaarosakesed ümber puhkeoleku. Lisaks häirivad juhtivusribas olevad elektronid üksteist vastastikuse tõrjumise kaudu sarnase laengu tõttu. Nii tekibki vastupanu.
Juhtivus on materjalide olemuslik omadus ja kvantifitseerib laengute liikumise kergust, kui aine puutub kokku elektriväljaga. Takistus on materjali pöördväärtus ja kirjeldab raskusastet, millega elektronid materjalist läbi liikudes kokku puutuvad, andes märku sellest, kui hea või halb juht on.
Tähtis! Kõrge väärtusega elektritakistus näitab, et materjal on halb juht, samas kui madala väärtusega takistus näitab head juhti.
Erijuhtivust tähistatakse tähega σ ja see arvutatakse järgmise valemiga:
Takistuse ρ pöördnäitajana võib leida järgmiselt:
Selles avaldises on E tekitatud elektrivälja intensiivsus (V/m) ja J on elektrivoolu tihedus (A/m²). Siis on mõõtühik ρ:
V/m x m²/A = oomi m.
Juhtivuse σ puhul on ühik, milles seda mõõdetakse, S/m või Siemens meetri kohta.
Materjalide tüübid
Materjalide vastupidavuse järgi võib need jagada mitmeks tüübiks:
- Dirigendid. Nende hulka kuuluvad kõik metallid, sulamid, ioonideks dissotsieerunud lahused, samuti termiliselt ergastatud gaasid, sealhulgas plasma. Mittemetallidest võib näiteks tuua grafiidi;
- Pooljuhid, mis on tegelikult mittejuhtivad materjalid, mille kristallvõre on sihipäraselt legeeritud võõraatomite kaasamisega suurema või väiksema arvu seotud elektronidega. Selle tulemusena tekivad võre struktuuris kvaasivabad üleliigsed elektronid või augud, mis aitavad kaasa voolu juhtivusele;
- Dielektrikud või dissotsieerunud isolaatorid on kõik materjalid, millel tavatingimustes ei ole vabu elektrone.
Elektrienergia transportimiseks või kodu- ja tööstuslikes elektripaigaldistes on sageli kasutatav materjal vask ühe- või mitmesoonelise kaabli kujul. Alternatiivne metall on alumiinium, kuigi vase eritakistus on 60% alumiiniumi omast. Kuid see on palju kergem kui vask, mis määras selle kasutamise kõrgepingeliinides. Kulda kasutatakse juhina eriotstarbelistes elektriahelates.
Huvitav. Rahvusvaheline elektrotehnikakomisjon võttis 1913. aastal selle väärtuse standardiks puhta vase elektrijuhtivuse. Definitsiooni järgi on 20° juures mõõdetud vase juhtivus 0,58108 S/m. Seda väärtust nimetatakse 100% LACSiks ja ülejäänud materjalide juhtivust väljendatakse teatud protsendina LACS-ist.
Enamiku metallide juhtivuse väärtus on alla 100% LACS. Siiski on erandeid, nagu hõbe või väga kõrge juhtivusega spetsiaalne vask, mis on tähistatud vastavalt C-103 ja C-110.
Dielektrikud ei juhi elektrit ja neid kasutatakse isolaatoritena. Isolaatorite näited:
- klaas,
- keraamika,
- plastist,
- kumm,
- vilgukivi,
- vaha,
- paber,
- kuiv puit,
- portselan,
- mõned rasvad tööstuslikuks ja elektriliseks kasutamiseks ning bakeliit.
Kolme rühma vahelised üleminekud on sujuvad. Kindlalt on teada: absoluutselt mittejuhtivaid kandjaid ja materjale pole olemas. Näiteks õhk on toatemperatuuril isolaator, kuid tugeva madalsagedusliku signaaliga kokkupuutel võib sellest saada juht.
Juhtivuse määramine
Erinevate ainete elektritakistuse võrdlemisel on vaja standardiseeritud mõõtmistingimusi:
- Vedelike, halbade juhtide ja isolaatorite puhul kasutatakse kuupnäidiseid servapikkusega 10 mm;
- Pinnase ja geoloogiliste moodustiste eritakistuse väärtused määratakse kuubikutel, mille iga serva pikkus on 1 m;
- Lahuse juhtivus sõltub selle ioonide kontsentratsioonist. Kontsentreeritud lahus on vähem dissotsieerunud ja selles on vähem laengukandjaid, mis vähendab juhtivust. Lahjenduse suurenedes suureneb ioonipaaride arv. Lahuste kontsentratsioon on seatud 10%;
- Metalljuhtmete eritakistuse määramiseks kasutatakse meetri pikkuseid ja 1 mm² ristlõikega juhtmeid.
Kui materjal, näiteks metall, võib anda vabu elektrone, siis potentsiaalide erinevuse rakendamisel voolab juhtmest läbi elektrivool. Pinge kasvades liigub rohkem elektrone läbi aine ajaühikusse. Kui kõik lisaparameetrid (temperatuur, ristlõikepindala, pikkus ja traadi materjal) on muutumatud, siis on ka voolu ja rakendatud pinge suhe konstantne ja seda nimetatakse juhtivuseks:
Sellest lähtuvalt on elektritakistus järgmine:
Tulemus on oomides.
Juht võib omakorda olla erineva pikkuse, ristlõike suurusega ja erinevatest materjalidest, mis määrab R väärtuse. Matemaatiliselt näeb see seos välja selline:
Materjali tegur võtab arvesse koefitsienti ρ.
Sellest saame tuletada takistuse valemi:
Kui S ja l väärtused vastavad takistuse võrdleva arvutamise antud tingimustele, st 1 mm² ja 1 m, siis ρ = R. Kui juhi mõõtmed muutuvad, muutub ka oomide arv.
Kui elektriahel on suletud, mille klemmides on potentsiaalide erinevus, tekib elektrivool. Vabad elektronid liiguvad elektrivälja jõudude mõjul mööda juhti. Nende liikumisel põrkuvad elektronid juhi aatomitega ja annavad neile oma kineetilise energia. Elektronide liikumise kiirus muutub pidevalt: kui elektronid põrkuvad aatomite, molekulide ja teiste elektronidega, siis see väheneb, siis elektrivälja mõjul suureneb ja uue kokkupõrke korral taas väheneb. Selle tulemusena tekib juhis ühtlane elektronide voog kiirusega mitu sentimeetrit sekundis. Järelikult puutuvad juhti läbivad elektronid alati vastu selle küljelt liikumisele. Kui elektrivool läbib juhti, siis viimane soojeneb.
Elektritakistus
Juhi elektritakistus, mida tähistatakse ladina tähega r, on keha või keskkonna omadus muuta elektrienergia soojusenergiaks, kui seda läbib elektrivool.
Diagrammidel on elektritakistus näidatud joonisel 1 näidatud viisil, A.
Nimetatakse muutuvat elektritakistust, mis muudab vooluahelas voolu reostaat. Diagrammidel on reostaadid tähistatud nii, nagu on näidatud joonisel 1, b. Üldiselt on reostaat valmistatud ühe või teise takistusega traadist, mis on keritud isoleerivale alusele. Liugur või reostaadi hoob asetatakse teatud asendisse, mille tulemusena sisestatakse ahelasse vajalik takistus.
Väikese ristlõikega pikk juht tekitab voolule suure takistuse. Suure ristlõikega lühikesed juhid pakuvad voolule vähe takistust.
Kui võtta kaks erinevast materjalist, kuid sama pikkuse ja ristlõikega juhti, juhivad juhid voolu erinevalt. See näitab, et juhi takistus sõltub juhi enda materjalist.
Juhi temperatuur mõjutab ka selle takistust. Temperatuuri tõustes suureneb metallide vastupidavus ning väheneb vedelike ja kivisöe vastupidavus. Vaid mõned spetsiaalsed metallisulamid (manganiin, konstantaan, nikkel ja teised) ei muuda temperatuuri tõustes oma vastupidavust peaaegu üldse.
Seega näeme, et juhi elektritakistus sõltub: 1) juhi pikkusest, 2) juhi ristlõikest, 3) juhi materjalist, 4) juhi temperatuurist.
Takistuse ühik on üks oomi. Om on sageli tähistatud kreeka suure tähega Ω (oomega). Seetõttu võite selle asemel, et kirjutada "Juhi takistus on 15 oomi", lihtsalt kirjutada: r= 15 Ω.
1000 oomi nimetatakse 1 kilooomi(1kOhm või 1kΩ),
1 000 000 oomi nimetatakse 1 megaoomi(1 mOhm või 1MΩ).
Erinevatest materjalidest juhtide takistuse võrdlemisel on vaja iga proovi jaoks võtta teatud pikkus ja ristlõige. Siis saame hinnata, milline materjal juhib elektrivoolu paremini või halvemini.
Video 1. Juhtide takistus
Elektriline takistus
Nimetatakse 1 m pikkuse ja 1 mm² ristlõikega juhi takistust oomides takistus ja seda tähistatakse kreeka tähega ρ (ro).
Tabelis 1 on toodud mõnede juhtide eritakistused.
Tabel 1
Erinevate juhtide takistused
Tabelis on näidatud, et 1 m pikkuse ja 1 mm² ristlõikega raudtraadi takistus on 0,13 oomi. 1 oomi takistuse saamiseks peate võtma 7,7 m sellist traati. Hõbedal on madalaim takistus. 1 oomi takistuse saab saada, kui võtta 62,5 m hõbetraati ristlõikega 1 mm². Hõbe on parim juht, kuid hõbeda hind välistab selle massilise kasutamise võimaluse. Tabelis hõbeda järel tuleb vask: 1 m vasktraadi ristlõikega 1 mm² takistus on 0,0175 oomi. 1 oomi takistuse saamiseks peate võtma 57 m sellist traati.
Rafineerimise teel saadud keemiliselt puhas vask on leidnud laialdast kasutust elektrotehnikas juhtmete, kaablite, elektrimasinate ja -seadmete mähiste valmistamisel. Juhtidena kasutatakse laialdaselt ka alumiiniumi ja rauda.
Juhi takistust saab määrata järgmise valemiga:
Kus r– juhi takistus oomides; ρ – juhi eritakistus; l– juhi pikkus meetrites; S– juhtme ristlõige mm².
Näide 1. Määrake 200 m raudtraadi takistus ristlõikega 5 mm².
Näide 2. Arvutage 2 km pikkuse alumiiniumtraadi takistus, mille ristlõige on 2,5 mm².
Takistuse valemi järgi saate hõlpsasti määrata juhi pikkuse, takistuse ja ristlõike.
Näide 3. Raadiovastuvõtja jaoks on vaja kerida 30-oomine takistus nikkeltraadist, mille ristlõige on 0,21 mm². Määrake vajalik traadi pikkus.
Näide 4. Määrake 20 m nikroomtraadi ristlõige, kui selle takistus on 25 oomi.
Näide 5. 0,5 mm² ristlõikega ja 40 m pikkuse traadi takistus on 16 oomi. Määrake traadi materjal.
Juhi materjal iseloomustab selle takistust.
Takistuse tabeli põhjal leiame, et pliil on selline takistus.
Eespool oli öeldud, et juhtmete takistus sõltub temperatuurist. Teeme järgmise katse. Kerime mitu meetrit peenikest metalltraati spiraali kujul ja ühendame selle spiraali aku vooluringiga. Voolu mõõtmiseks ühendame vooluahelaga ampermeetri. Kui spiraali kuumutatakse põleti leegis, märkate, et ampermeetri näidud vähenevad. See näitab, et metalltraadi takistus suureneb kuumutamisel.
Mõnede metallide puhul suureneb 100° kuumutamisel takistus 40–50%. On sulameid, mis kuumutamisel oma takistust veidi muudavad. Mõned erisulamid ei näita temperatuuri muutumisel praktiliselt mingit takistust. Metalljuhtide takistus suureneb temperatuuri tõustes, samas kui elektrolüütide (vedeljuhtide), kivisöe ja mõnede tahkete ainete takistus, vastupidi, väheneb.
Metallide võimet muuta oma takistust temperatuurimuutustega kasutatakse takistustermomeetrite konstrueerimiseks. See termomeeter on vilgukivist raamile keritud plaatinatraat. Asetades termomeetri näiteks ahju ja mõõtes plaatinatraadi takistust enne ja pärast kuumutamist, saab määrata ahju temperatuuri.
Juhi takistuse muutust selle kuumutamisel 1 oomi algtakistuse ja 1° temperatuuri kohta nimetatakse temperatuuri takistustegur ja seda tähistatakse tähega α.
Kui temperatuuril t 0 juhi takistus on r 0 ja temperatuuril t võrdub r t, siis takistuse temperatuuritegur
Märge. Selle valemi abil saab arvutada ainult teatud temperatuurivahemikus (kuni ligikaudu 200 °C).
Esitame mõnede metallide temperatuuritakistusteguri α väärtused (tabel 2).
tabel 2
Mõne metalli temperatuurikoefitsiendi väärtused
Me määrame temperatuuri takistuse koefitsiendi valemist r t:
r t = r 0 .
Näide 6. Määrake temperatuurini 200 °C kuumutatud raudtraadi takistus, kui selle takistus 0 °C juures oli 100 oomi.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oomi.
Näide 7. Plaatinatraadist valmistatud takistustermomeetri takistus oli 15°C ruumis 20 oomi. Termomeeter pandi ahju ja mõne aja pärast mõõdeti selle takistust. Selgus, et see võrdub 29,6 oomiga. Määrake ahju temperatuur.
Elektrijuhtivus
Seni oleme pidanud takistuseks, mille juht elektrivoolule annab, juhtme takistust. Kuid ikkagi voolab vool läbi juhi. Seetõttu on juhil lisaks takistusele (takistusele) ka võime juhtida elektrivoolu ehk juhtivust.
Mida suurem on juhi takistus, seda väiksem on selle juhtivus, seda halvemini juhib see elektrivoolu ja vastupidi, mida väiksem on juhi takistus, mida suurem on juhi juhtivus, seda lihtsam on voolul juhti läbida. Seetõttu on juhi takistus ja juhtivus vastastikused suurused.
Matemaatikast on teada, et 5 pöördväärtus on 1/5 ja vastupidi, 1/7 pöördväärtus on 7. Seega, kui juhi takistust tähistatakse tähega r, siis on juhtivus defineeritud kui 1/ r. Juhtivust sümboliseeritakse tavaliselt tähega g.
Elektrijuhtivust mõõdetakse ühikutes (1/Ohm) või siemensides.
Näide 8. Juhi takistus on 20 oomi. Määrake selle juhtivus.
Kui r= siis 20 oomi
Näide 9. Juhi juhtivus on 0,1 (1/Ohm). Määrake selle takistus
Kui g = 0,1 (1/oomi), siis r= 1 / 0,1 = 10 (oomi)
Sisu:
Elektrotehnikas on elektriahelate üheks põhielemendiks juhtmed. Nende ülesanne on läbida elektrivool minimaalsete kadudega. Juba ammu on eksperimentaalselt kindlaks tehtud, et elektrikadude minimeerimiseks on juhtmed kõige parem teha hõbedast. Just see metall tagab oomides minimaalse takistusega juhi omadused. Kuid kuna see väärismetall on kallis, on selle kasutamine tööstuses väga piiratud.
Alumiiniumist ja vasest said juhtmete peamised metallid. Kahjuks on raua takistus elektrijuhina hea juhtme tegemiseks liiga kõrge. Vaatamata madalamale hinnale kasutatakse seda ainult elektriliinide juhtmete tugialusena.
Sellised erinevad takistused
Takistust mõõdetakse oomides. Kuid juhtmete puhul osutub see väärtus väga väikeseks. Kui proovite vastupanu mõõtmise režiimis testeriga mõõtmisi teha, on õige tulemuse saamine keeruline. Pealegi, olenemata sellest, millise juhtme me võtame, erineb seadme ekraanil olev tulemus vähe. Kuid see ei tähenda, et nende juhtmete elektritakistus avaldaks elektrikadudele sama mõju. Selle kontrollimiseks peate analüüsima takistuse arvutamiseks kasutatud valemit:
See valem kasutab selliseid koguseid nagu:
Selgub, et vastupanu määrab vastupanu. Seal on takistus, mis arvutatakse valemiga, kasutades teist takistust. See elektritakistus ρ (kreeka täht rho) määrab ära konkreetse metalli eelise elektrijuhina:
Seega, kui kasutate vaske, rauda, hõbedat või mõnda muud materjali identsete juhtmete või erikonstruktsiooniga juhtide valmistamiseks, mängib materjal oma elektrilistes omadustes peamist rolli.
Kuid tegelikult on olukord vastupanuga keerulisem kui lihtsalt ülaltoodud valemite abil arvutamine. Need valemid ei võta arvesse juhi läbimõõdu temperatuuri ja kuju. Ja temperatuuri tõustes muutub vase, nagu iga teise metalli, eritakistus suuremaks. Selle väga selge näide oleks hõõglamp. Selle spiraali takistust saate mõõta testriga. Seejärel, mõõtes selle lambiga vooluringi voolu, kasutage Ohmi seadust, et arvutada selle takistus hõõguvas olekus. Tulemus on palju suurem kui testeriga takistuse mõõtmisel.
Samuti ei anna vask oodatavat efektiivsust suurte voolude korral, kui juhi ristlõike kuju eiratakse. Voolu suurenemisega otseses proportsioonis esinev nahaefekt muudab ümmarguse ristlõikega juhid ebaefektiivseks isegi hõbeda või vase kasutamisel. Sel põhjusel võib ümmarguse vasktraadi takistus suure voolu korral olla suurem kui lameda alumiiniumtraadi oma.
Pealegi, isegi kui nende läbimõõduga alad on samad. Vahelduvvooluga ilmneb ka nahaefekt, mis suureneb voolu sageduse kasvades. Nahaefekt tähendab voolu kalduvust voolata juhi pinnale lähemale. Sel põhjusel on mõnel juhul tulusam kasutada juhtmete hõbedast katet. Isegi hõbetatud vaskjuhi pinnatakistuse kerge vähenemine vähendab oluliselt signaali kadu.
Takistuse mõiste üldistus
Nagu igal teisel juhul, mis on seotud mõõtmete kuvamisega, väljendatakse takistust erinevates ühikusüsteemides. SI (International System of Units) kasutab oomi m, kuid vastuvõetav on kasutada ka Ohm*kV mm/m (see on takistuse mittesüsteemne ühik). Kuid tõelises juhis ei ole takistuse väärtus konstantne. Kuna kõikidel materjalidel on teatud puhtusaste, mis võib punktiti erineda, oli vaja luua vastav resistentsuse esitus tegelikus materjalis. See ilming oli Ohmi seadus diferentsiaalkujul:
Tõenäoliselt see seadus kodumajapidamiste maksetele ei kehti. Kuid erinevate elektrooniliste komponentide, näiteks takistite, kristallelementide projekteerimisel kasutatakse seda kindlasti. Kuna see võimaldab teha arvutusi antud punkti alusel, mille jaoks on olemas voolutihedus ja elektrivälja tugevus. Ja vastav takistus. Valemit kasutatakse nii ebahomogeensete isotroopsete kui ka anisotroopsete ainete jaoks (kristallid, gaasilahendus jne).
Kuidas saada puhast vaske
Et minimeerida kadusid vaskjuhtmetes ja kaablisüdamikes, peab see olema eriti puhas. See saavutatakse spetsiaalsete tehnoloogiliste protsessidega:
- põhineb elektronkiire ja tsooni sulamisel;
- korduv elektrolüüsipuhastus.
Seetõttu on oluline teada kõigi kasutatud elementide ja materjalide parameetreid. Ja mitte ainult elektriline, vaid ka mehaaniline. Ja teie käsutuses on mõned mugavad võrdlusmaterjalid, mis võimaldavad teil võrrelda erinevate materjalide omadusi ning valida projekteerimiseks ja tööks täpselt seda, mis on konkreetses olukorras optimaalne.
Energia ülekandeliinides, kus eesmärgiks on energia tarnimine tarbijani kõige tootlikumal ehk suure kasuteguriga, arvestatakse nii kadude ökonoomsust kui ka liinide endi mehaanikat. Liini lõplik majanduslik efektiivsus sõltub mehaanikast - see tähendab juhtmete, isolaatorite, tugede, tõusu-/allakäigutrafode seadmest ja paigutusest, kõigi konstruktsioonide kaalust ja tugevusest, sealhulgas pikkadele vahemaadele venitatud juhtmetest, samuti iga konstruktsioonielemendi jaoks valitud materjalid. , selle töö- ja tegevuskulud. Lisaks on elektrit edastavates liinides kõrgemad nõuded nii liinide endi kui ka kõige ümbritseva läbisõidukoha ohutuse tagamiseks. Ja see lisab kulusid nii elektrijuhtmestiku pakkumisele kui ka kõigi konstruktsioonide täiendavale ohutusvarule.
Võrdluseks taandatakse andmed tavaliselt ühtseks võrreldavaks vormiks. Sageli lisatakse sellistele omadustele epiteet "spetsiifiline" ja väärtusi endid peetakse teatud standardite alusel, mida ühendavad füüsikalised parameetrid. Näiteks elektritakistus on mingist metallist (vask, alumiinium, teras, volfram, kuld) valmistatud juhi takistus (oomid), mille pikkus ja ristlõige on ühikuline kasutatavas mõõtühikute süsteemis (tavaliselt SI). ). Lisaks on täpsustatud temperatuur, kuna kuumutamisel võib juhtide takistus käituda erinevalt. Aluseks võetakse normaalsed keskmised töötingimused - 20 kraadi Celsiuse järgi. Ja seal, kus keskkonnaparameetrite (temperatuur, rõhk) muutmisel on olulised omadused, võetakse kasutusele koefitsiendid ning koostatakse lisatabeleid ja sõltuvusgraafikuid.
Takistuse tüübid
Kuna vastupanu toimub:
- aktiivne - või oomiline, takistuslik -, mis tuleneb elektrikulust juhi (metalli) soojendamiseks, kui seda läbib elektrivool, ja
- reaktiivne - mahtuvuslik või induktiivne - mis tuleneb vältimatutest kadudest, mis on tingitud elektrivälja juhti läbiva voolu muutustest, siis on juhi eritakistus kahte tüüpi:
- Elektriline eritakistus alalisvoolule (takistusliku iseloomuga) ja
- Elektriline eritakistus vahelduvvoolule (reaktiivse iseloomuga).
Siin on 2. tüüpi eritakistus keeruline väärtus; see koosneb kahest TC komponendist - aktiivsest ja reaktiivsest, kuna takistustakistus eksisteerib alati voolu läbimisel, olenemata selle olemusest, ja reaktiivtakistus ilmneb ainult vooluahela mis tahes muutumisel. Alalisvooluahelates toimub reaktants ainult siirdeprotsesside ajal, mis on seotud voolu sisselülitamisega (voolu muutumine 0-st nominaalseks) või väljalülitamisega (erinevus nimiväärtusest 0-ni). Ja neid võetakse tavaliselt arvesse ainult ülekoormuskaitse projekteerimisel.
Vahelduvvooluahelates on reaktantsiga seotud nähtused palju mitmekesisemad. Need sõltuvad mitte ainult voolu tegelikust läbimisest teatud ristlõikes, vaid ka juhi kujust ning sõltuvus ei ole lineaarne.
Fakt on see, et vahelduvvool indutseerib elektrivälja nii selle juhi ümber, mille kaudu see voolab, kui ka juhis endas. Ja sellest väljast tekivad pöörisvoolud, mis tekitavad laengute tegeliku põhiliikumise "tõukamise" kogu juhi ristlõike sügavusest selle pinnale, nn "nahaefekt" (alates nahk – nahk). Selgub, et pöörisvoolud näivad "varastavat" selle ristlõike juhilt. Vool voolab kindlas kihis pinna lähedal, ülejäänud juhtme paksus jääb kasutamata, see ei vähenda selle takistust ja juhtide paksust pole lihtsalt mõtet suurendada. Eriti kõrgetel sagedustel. Seetõttu mõõdetakse vahelduvvoolu puhul takistust sellistes juhtmeosades, kus kogu selle lõiku võib pidada pinnalähedaseks. Sellist traati nimetatakse õhukeseks, selle paksus on võrdne selle pinnakihi kahekordse sügavusega, kus pöörisvoolud tõrjuvad juhis voolavat kasulikku põhivoolu.
Muidugi ei ammenda ümmarguste juhtmete paksuse vähendamine vahelduvvoolu efektiivset juhtivust. Juhti saab õhendada, kuid samal ajal lindi kujul lamedaks teha, siis on ristlõige suurem kui ümmarguse traadi ristlõige ja vastavalt sellele on takistus väiksem. Lisaks suurendab lihtsalt pindala suurendamine efektiivset ristlõiget. Sama saab saavutada ühesoonelise traadi kasutamisega, pealegi on keerutatud traat paindlikum kui ühesooneline traat, mis on sageli väärtuslik. Teisalt, võttes arvesse nahaefekti juhtmetes, on võimalik teha juhtmeid komposiitmaterjalist, tehes südamiku heade tugevusomadustega metallist, näiteks terasest, kuid madalate elektriomadustega. Sel juhul tehakse terase peale alumiiniumpunutis, millel on väiksem takistus.
Lisaks nahaefektile mõjutab vahelduvvoolu voolu juhtides ümbritsevate juhtide pöörisvoolude ergastus. Selliseid voolusid nimetatakse induktsioonvooludeks ja need indutseeritakse nii metallides, mis ei mängi juhtmestiku rolli (kandvad konstruktsioonielemendid), kui ka kogu juhtiva kompleksi juhtmetes - mängides teiste faaside, neutraalsete juhtmete rolli. , maandus.
Kõik need nähtused esinevad kõigis elektristruktuurides, mistõttu on veelgi olulisem omada kõikehõlmavat viidet mitmesuguste materjalide jaoks.
Juhtide takistust mõõdetakse väga tundlike ja täpsete instrumentidega, kuna juhtmestikuks valitakse madalaima takistusega metallid - suurusjärgus oomi * 10 -6 oomi pikkuse ja ruutmeetri kohta. mm. lõigud. Isolatsioonitakistuse mõõtmiseks vajate seadmeid, millel on väga suured takistuse väärtused - tavaliselt megaoomid. On selge, et juhid peavad hästi juhtima ja isolaatorid peavad hästi isoleerima.
Tabel
| Juhtide (metallid ja sulamid) eritakistuse tabel |
||||
| Juhtmaterjal | Koostis (sulamitele) | Vastupidavus ρ mΩ × mm 2/m |
||
| vask, tsink, tina, nikkel, plii, mangaan, raud jne. | ||||
| Alumiiniumist | ||||
| Volfram | ||||
| Molübdeen | ||||
| vask, tina, alumiinium, räni, berüllium, plii jne (va tsink) | ||||
| raud, süsinik | ||||
| vask, nikkel, tsink | ||||
| Manganiin | vask, nikkel, mangaan | |||
| Constantan | vask, nikkel, alumiinium | |||
| nikkel, kroom, raud, mangaan | ||||
| raud, kroom, alumiinium, räni, mangaan | ||||
Raud kui juht elektrotehnikas
Raud on looduses ja tehnikas levinuim metall (pärast vesinikku, mis on samuti metall). See on odavaim ja suurepäraste tugevusomadustega, seetõttu kasutatakse seda kõikjal erinevate konstruktsioonide tugevuse alusena.
Elektrotehnikas kasutatakse rauda painduvate terastraatide kujul juhina, kus on vaja füüsilist tugevust ja painduvust ning vajaliku takistuse saab saavutada vastava ristlõike kaudu.
Erinevate metallide ja sulamite eritakistuste tabeli abil saate arvutada erinevatest juhtmetest valmistatud juhtmete ristlõike.
Näitena proovime leida erinevatest materjalidest: vasest, volframist, niklist ja raudtraadist valmistatud juhtmete elektriliselt ekvivalentse ristlõike. Võtame esialgseks alumiiniumtraadi ristlõikega 2,5 mm.
Peame, et kõigist nendest metallidest valmistatud traadi takistus oleks 1 m pikkusel võrdne algse takistusega. Alumiiniumi takistus 1 m pikkuse ja 2,5 mm sektsiooni kohta on võrdne
Kus R- vastupanu, ρ - metalli vastupidavus laualt, S- ristlõike pindala, L- pikkus.
Asendades algväärtused, saame meetripikkuse alumiiniumtraadi tüki takistuse oomides.
Pärast seda lahendame S valemi
Asendame tabelis olevad väärtused ja saame erinevate metallide ristlõikepinnad.
Kuna tabelis on eritakistust mõõdetud 1 m pikkusel traadil, mikrooomides 1 mm 2 sektsiooni kohta, siis saime selle mikrooomides. Selle saamiseks oomides peate väärtuse korrutama 10 -6-ga. Kuid me ei pea tingimata saama arvu oomi 6 nulliga pärast koma, sest lõpptulemuse leiame ikkagi mm2-des.
Nagu näete, on raua takistus üsna kõrge, traat on paks.
Kuid on materjale, mille puhul see on veelgi suurem, näiteks nikkel või konstantaan.