Katika mazoezi, mara nyingi ni muhimu kuhesabu upinzani wa waya mbalimbali. Hii inaweza kufanywa kwa kutumia fomula au data iliyotolewa kwenye jedwali. 1.
Athari ya nyenzo za conductor huzingatiwa kwa kutumia resistivity, iliyoonyeshwa na barua ya Kigiriki? na kuwa na urefu wa m 1 na eneo la sehemu ya 1 mm2. Upinzani wa chini zaidi? = 0.016 Ohm mm2/m ina fedha. Wacha tupe thamani ya wastani ya kupinga kwa waendeshaji wengine:
Fedha - 0.016 , Risasi - 0.21, Copper - 0.017, Nickelin - 0.42, Aluminium - 0.026, Manganin - 0.42, Tungsten - 0.055, Constantan - 0.5, Zinki - 0.06, Zebaki - 0.96, Bras0 7 Feel - 1 Steel - 0.5 chrome. - 1.2, shaba ya Phosphor - 0.11, Chromal - 1.45.Kwa kiasi tofauti cha uchafu na uwiano tofauti wa vipengele vilivyojumuishwa katika utungaji wa aloi za rheostatic, resistivity inaweza kubadilika kidogo.
Upinzani unahesabiwa kwa kutumia formula:
ambapo R ni upinzani, Ohm; resistivity, (Ohm mm2)/m; l - urefu wa waya, m; s - eneo la sehemu ya waya, mm2.
Ikiwa kipenyo cha waya d kinajulikana, basi eneo lake la sehemu ya msalaba ni sawa na:
Ni bora kupima kipenyo cha waya kwa kutumia micrometer, lakini ikiwa huna moja, unapaswa upepo zamu 10 au 20 za waya kwenye penseli na kupima urefu wa vilima na mtawala. Kugawanya urefu wa vilima kwa idadi ya zamu, tunapata kipenyo cha waya.
Kuamua urefu wa waya wa kipenyo kinachojulikana kilichofanywa kwa nyenzo iliyotolewa muhimu ili kupata upinzani unaohitajika, tumia formula
Jedwali 1.
Kumbuka. 1. Data ya nyaya ambazo hazijaorodheshwa kwenye jedwali zinapaswa kuchukuliwa kama baadhi ya thamani za wastani. Kwa mfano, kwa waya ya nickel yenye kipenyo cha 0.18 mm, tunaweza takriban kudhani kuwa eneo la sehemu ya msalaba ni 0.025 mm2, upinzani wa mita moja ni 18 Ohms, na sasa inaruhusiwa ni 0.075 A.
2. Kwa thamani tofauti ya msongamano wa sasa, data katika safu ya mwisho lazima ibadilishwe ipasavyo; kwa mfano, kwa wiani wa sasa wa 6 A / mm2, wanapaswa kuwa mara mbili.
Mfano 1. Pata upinzani wa m 30 wa waya wa shaba na kipenyo cha 0.1 mm.
Suluhisho. Tunaamua kulingana na meza. Upinzani 1 wa m 1 wa waya wa shaba, ni sawa na 2.2 Ohms. Kwa hiyo, upinzani wa 30 m ya waya itakuwa R = 30 2.2 = 66 Ohms.
Kuhesabu kwa kutumia fomula hutoa matokeo yafuatayo: eneo la sehemu ya waya: s = 0.78 0.12 = 0.0078 mm2. Kwa kuwa resistivity ya shaba ni 0.017 (Ohm mm2) / m, tunapata R = 0.017 30/0.0078 = 65.50 m.
Mfano 2. Ni kiasi gani cha waya ya nickel yenye kipenyo cha 0.5 mm inahitajika kufanya rheostat na upinzani wa 40 Ohms?
Suluhisho. Kulingana na jedwali 1, tunaamua upinzani wa 1 m ya waya hii: R = 2.12 Ohm: Kwa hiyo, kufanya rheostat na upinzani wa 40 Ohms, unahitaji waya ambao urefu wake ni l = 40/2.12 = 18.9 m.
Wacha tufanye hesabu sawa kwa kutumia fomula. Tunapata eneo la sehemu ya waya s = 0.78 0.52 = 0.195 mm2. Na urefu wa waya utakuwa l = 0.195 40/0.42 = 18.6 m.
Upinzani wa umeme, ulioonyeshwa kwa ohms, ni tofauti na dhana ya kupinga. Ili kuelewa ni nini kupinga, tunahitaji kuihusisha na mali ya kimwili ya nyenzo.
Kuhusu conductivity na resistivity
Mtiririko wa elektroni hausogei bila kizuizi kupitia nyenzo. Kwa joto la mara kwa mara, chembe za msingi huzunguka kwenye hali ya kupumzika. Kwa kuongezea, elektroni katika bendi ya upitishaji huingilia kati kwa kurudisha nyuma kwa sababu ya malipo sawa. Hivi ndivyo upinzani unavyotokea.
Upitishaji ni sifa ya asili ya nyenzo na hukadiria urahisi wa chaji kusogea wakati dutu imefichuliwa kwenye uwanja wa umeme. Ustahimilivu ni ulinganifu wa nyenzo na hufafanua kiwango cha ugumu wa elektroni kukutana zinaposonga kupitia nyenzo, kutoa ishara ya jinsi kondakta ni mzuri au mbaya.
Muhimu! Resistivity ya umeme yenye thamani ya juu inaonyesha kwamba nyenzo ni conductor maskini, wakati resistivity yenye thamani ya chini inaonyesha conductor nzuri.
Uendeshaji maalum huteuliwa na herufi σ na huhesabiwa na formula:
Upinzani ρ, kama kiashiria cha kinyume, kinaweza kupatikana kama ifuatavyo:
Katika usemi huu, E ni ukubwa wa uwanja wa umeme unaozalishwa (V/m), na J ni msongamano wa sasa wa umeme (A/m²). Kisha kitengo cha kipimo ρ kitakuwa:
V/m x m²/A = ohm m.
Kwa conductivity σ, kitengo ambacho kinapimwa ni S/m au Siemens kwa mita.
Aina za nyenzo
Kulingana na upinzani wa nyenzo, zinaweza kugawanywa katika aina kadhaa:
- Makondakta. Hizi ni pamoja na metali zote, aloi, ufumbuzi uliotenganishwa katika ions, pamoja na gesi za msisimko wa joto, ikiwa ni pamoja na plasma. Miongoni mwa zisizo za metali, grafiti inaweza kutajwa kama mfano;
- Semiconductors, ambayo kwa kweli ni nyenzo zisizo za kuendesha, ambazo latti za kioo zimeingizwa kwa makusudi na kuingizwa kwa atomi za kigeni na idadi kubwa au ndogo ya elektroni zilizofungwa. Matokeo yake, elektroni za ziada zisizo na bure au mashimo huundwa katika muundo wa kimiani, ambayo huchangia kwenye conductivity ya sasa;
- Dielectrics au insulators dissociated ni nyenzo zote ambazo chini ya hali ya kawaida hazina elektroni za bure.
Kwa ajili ya usafiri wa nishati ya umeme au katika mitambo ya umeme kwa madhumuni ya ndani na ya viwanda, nyenzo zinazotumiwa mara kwa mara ni shaba kwa namna ya nyaya moja-msingi au nyingi. Metali mbadala ni alumini, ingawa upinzani wa shaba ni 60% ya ile ya alumini. Lakini ni nyepesi zaidi kuliko shaba, ambayo ilitanguliza matumizi yake katika mistari ya nguvu ya juu-voltage. Dhahabu hutumiwa kama kondakta katika nyaya za umeme za kusudi maalum.
Inavutia. Conductivity ya umeme ya shaba safi ilipitishwa na Tume ya Kimataifa ya Electrotechnical mwaka wa 1913 kama kiwango cha thamani hii. Kwa ufafanuzi, conductivity ya shaba iliyopimwa saa 20 ° ni 0.58108 S / m. Thamani hii inaitwa 100% LACS, na conductivity ya nyenzo iliyobaki inaonyeshwa kwa asilimia fulani ya LACS.
Metali nyingi zina thamani ya conductivity chini ya 100% LACS. Kuna tofauti, hata hivyo, kama vile fedha au shaba maalum yenye conductivity ya juu sana, iliyoteuliwa C-103 na C-110, kwa mtiririko huo.
Dielectrics haifanyi umeme na hutumiwa kama vihami. Mifano ya vihami:
- kioo,
- kauri,
- plastiki,
- mpira,
- mika,
- nta,
- karatasi,
- mbao kavu,
- porcelaini,
- baadhi ya mafuta kwa matumizi ya viwandani na umeme na bakelite.
Kati ya vikundi vitatu mabadiliko ni maji. Inajulikana kwa hakika: hakuna vyombo vya habari na vifaa visivyo na uendeshaji kabisa. Kwa mfano, hewa ni insulator kwenye joto la kawaida, lakini inapofunuliwa na ishara kali ya mzunguko wa chini, inaweza kuwa kondakta.
Uamuzi wa conductivity
Wakati wa kulinganisha upinzani wa umeme wa vitu tofauti, hali za kipimo zinahitajika:
- Katika kesi ya vinywaji, conductors maskini na insulators, sampuli za ujazo na urefu wa makali ya mm 10 hutumiwa;
- Maadili ya kupinga ya udongo na malezi ya kijiolojia imedhamiriwa kwenye cubes na urefu wa kila makali ya m 1;
- Conductivity ya suluhisho inategemea mkusanyiko wa ions zake. Suluhisho la kujilimbikizia halijatenganishwa kidogo na ina flygbolag chache za malipo, ambayo hupunguza conductivity. Kadiri dilution inavyoongezeka, idadi ya jozi za ioni huongezeka. Mkusanyiko wa ufumbuzi umewekwa kwa 10%;
- Kuamua upinzani wa makondakta wa chuma, waya za urefu wa mita na sehemu ya msalaba ya 1 mm² hutumiwa.
Ikiwa nyenzo, kama vile chuma, inaweza kutoa elektroni za bure, basi wakati tofauti inayowezekana inatumika, mkondo wa umeme utapita kupitia waya. Kadiri voltage inavyoongezeka, elektroni nyingi husogea kupitia dutu hadi kitengo cha wakati. Ikiwa vigezo vyote vya ziada (joto, eneo la sehemu ya msalaba, urefu na nyenzo za waya) hazibadilishwa; basi uwiano wa sasa kwa voltage inayotumika pia ni mara kwa mara na inaitwa conductivity:
Ipasavyo, upinzani wa umeme utakuwa:
Matokeo yake ni katika ohms.
Kwa upande wake, conductor inaweza kuwa ya urefu tofauti, ukubwa wa sehemu ya msalaba na kufanywa kwa vifaa tofauti, ambayo huamua thamani ya R. Kihesabu, uhusiano huu unaonekana kama hii:
Kipengele cha nyenzo kinazingatia mgawo ρ.
Kutoka kwa hii tunaweza kupata formula ya kupinga upinzani:
Ikiwa maadili ya S na l yanahusiana na masharti yaliyotolewa kwa hesabu ya kulinganisha ya resistivity, yaani 1 mm² na 1 m, basi ρ = R. Wakati vipimo vya kondakta vinabadilika, idadi ya ohms pia inabadilika.
Wakati mzunguko wa umeme unafungwa, kwenye vituo ambavyo kuna tofauti inayowezekana, sasa umeme hutokea. Elektroni za bure, chini ya ushawishi wa nguvu za shamba za umeme, huenda pamoja na kondakta. Katika harakati zao, elektroni hugongana na atomi za kondakta na kuwapa usambazaji wa nishati yao ya kinetic. Kasi ya harakati ya elektroni inabadilika kila wakati: wakati elektroni zinapogongana na atomi, molekuli na elektroni zingine, hupungua, kisha chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme huongezeka na kupungua tena wakati wa mgongano mpya. Matokeo yake, mtiririko wa sare ya elektroni huanzishwa katika kondakta kwa kasi ya sehemu kadhaa za sentimita kwa pili. Kwa hiyo, elektroni zinazopita kupitia kondakta daima hukutana na upinzani kwa harakati zao kutoka upande wake. Wakati umeme wa sasa unapita kupitia kondakta, mwisho huwaka.
Upinzani wa umeme
Upinzani wa umeme wa kondakta, ambayo inaonyeshwa na barua ya Kilatini r, ni mali ya mwili au kati kubadilisha nishati ya umeme kuwa nishati ya joto wakati mkondo wa umeme unapita ndani yake.
Katika michoro, upinzani wa umeme unaonyeshwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, A.
Upinzani wa umeme unaobadilika, ambao hutumikia kubadilisha sasa katika mzunguko, huitwa rheostat. Katika michoro, rheostats imeteuliwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, b. Kwa ujumla, rheostat inafanywa kwa waya wa upinzani mmoja au mwingine, jeraha kwenye msingi wa kuhami. Slider au lever ya rheostat imewekwa katika nafasi fulani, kwa sababu ambayo upinzani unaohitajika huletwa kwenye mzunguko.
Kondakta mrefu na sehemu ndogo ya msalaba hujenga upinzani mkubwa kwa sasa. Waendeshaji wa muda mfupi wenye sehemu kubwa ya msalaba hutoa upinzani mdogo kwa sasa.
Ikiwa unachukua waendeshaji wawili kutoka kwa vifaa tofauti, lakini urefu sawa na sehemu ya msalaba, basi waendeshaji watafanya sasa tofauti. Hii inaonyesha kwamba upinzani wa conductor inategemea nyenzo za conductor yenyewe.
Joto la kondakta pia huathiri upinzani wake. Wakati joto linapoongezeka, upinzani wa metali huongezeka, na upinzani wa vinywaji na makaa ya mawe hupungua. Baadhi tu ya aloi maalum za chuma (manganin, constantan, nickel na wengine) hazibadilishi upinzani wao na joto la kuongezeka.
Kwa hiyo, tunaona kwamba upinzani wa umeme wa conductor inategemea: 1) urefu wa conductor, 2) sehemu ya msalaba wa conductor, 3) nyenzo za conductor, 4) joto la conductor.
Kitengo cha upinzani ni ohm moja. Om mara nyingi huwakilishwa na herufi kubwa ya Kigiriki Ω (omega). Kwa hivyo, badala ya kuandika "Upinzani wa conductor ni 15 ohms," unaweza kuandika tu: r= 15 Ω.
1,000 ohms inaitwa 1 kiloohm(1kOhm, au 1kΩ),
1,000,000 ohms inaitwa 1 megaohm(1mOhm, au 1MΩ).
Wakati wa kulinganisha upinzani wa waendeshaji kutoka kwa vifaa tofauti, ni muhimu kuchukua urefu fulani na sehemu ya msalaba kwa kila sampuli. Kisha tutaweza kuhukumu ni nyenzo gani zinazofanya sasa umeme bora au mbaya zaidi.
Video 1. Upinzani wa kondakta
Upinzani wa umeme
Upinzani katika ohms ya kondakta urefu wa 1 m, na sehemu ya msalaba ya 1 mm² inaitwa resistivity na inaonyeshwa kwa herufi ya Kigiriki ρ (ro).
Jedwali la 1 linaonyesha upinzani wa baadhi ya waendeshaji.
Jedwali 1
Resistivities ya conductors mbalimbali
Jedwali linaonyesha kuwa waya wa chuma wenye urefu wa m 1 na sehemu ya msalaba ya 1 mm² ina upinzani wa 0.13 Ohm. Ili kupata 1 Ohm ya upinzani unahitaji kuchukua 7.7 m ya waya hiyo. Fedha ina upinzani wa chini kabisa. 1 Ohm ya upinzani inaweza kupatikana kwa kuchukua 62.5 m ya waya wa fedha na sehemu ya msalaba ya 1 mm². Fedha ni conductor bora, lakini gharama ya fedha haijumuishi uwezekano wa matumizi yake ya wingi. Baada ya fedha katika meza huja shaba: 1 m ya waya ya shaba na sehemu ya msalaba ya 1 mm² ina upinzani wa 0.0175 Ohm. Ili kupata upinzani wa 1 ohm, unahitaji kuchukua 57 m ya waya hiyo.
Kemikali ya shaba safi, iliyopatikana kwa kusafisha, imepata matumizi makubwa katika uhandisi wa umeme kwa ajili ya utengenezaji wa waya, nyaya, vilima vya mashine na vifaa vya umeme. Alumini na chuma pia hutumiwa sana kama makondakta.
Upinzani wa kondakta unaweza kuamua na formula:
Wapi r- upinzani wa conductor katika ohms; ρ - upinzani maalum wa kondakta; l- urefu wa kondakta katika m; S- sehemu ya kondakta katika mm².
Mfano 1. Amua upinzani wa mita 200 za waya za chuma na sehemu ya msalaba ya 5 mm².
Mfano 2. Piga hesabu ya upinzani wa kilomita 2 za waya za alumini na sehemu ya msalaba ya 2.5 mm².
Kutoka kwa formula ya upinzani unaweza kuamua kwa urahisi urefu, resistivity na sehemu ya msalaba wa kondakta.
Mfano 3. Kwa mpokeaji wa redio, inahitajika kupeana upinzani wa Ohm 30 kutoka kwa waya wa nikeli na sehemu ya msalaba ya 0.21 mm². Tambua urefu wa waya unaohitajika.
Mfano 4. Tambua sehemu ya msalaba wa 20 m ya waya ya nichrome ikiwa upinzani wake ni 25 Ohms.
Mfano 5. Waya yenye sehemu ya msalaba ya 0.5 mm² na urefu wa 40 m ina upinzani wa 16 Ohms. Kuamua nyenzo za waya.
Nyenzo za conductor zina sifa ya kupinga kwake.
Kulingana na meza ya kupinga, tunaona kwamba risasi ina upinzani huu.
Ilielezwa hapo juu kuwa upinzani wa waendeshaji hutegemea joto. Hebu tufanye jaribio lifuatalo. Hebu upepo mita kadhaa ya waya nyembamba ya chuma kwa namna ya ond na kuunganisha hii ond kwa mzunguko wa betri. Ili kupima sasa, tunaunganisha ammeter kwenye mzunguko. Wakati coil inapokanzwa katika moto wa burner, utaona kwamba masomo ya ammeter yatapungua. Hii inaonyesha kwamba upinzani wa waya wa chuma huongezeka kwa joto.
Kwa metali zingine, inapokanzwa na 100 °, upinzani huongezeka kwa 40-50%. Kuna aloi zinazobadilisha upinzani wao kidogo na inapokanzwa. Baadhi ya aloi maalum hazionyeshi mabadiliko yoyote katika upinzani wakati hali ya joto inabadilika. Upinzani wa waendeshaji wa chuma huongezeka kwa joto la kuongezeka, wakati upinzani wa electrolytes (conductor za kioevu), makaa ya mawe na baadhi ya vitu vikali, kinyume chake, hupungua.
Uwezo wa metali kubadilisha upinzani wao na mabadiliko ya joto hutumiwa kujenga thermometers ya upinzani. Kipimajoto hiki ni jeraha la waya ya platinamu kwenye sura ya mica. Kwa kuweka thermometer, kwa mfano, katika tanuru na kupima upinzani wa waya wa platinamu kabla na baada ya joto, joto katika tanuru inaweza kuamua.
Mabadiliko ya upinzani wa kondakta wakati inapokanzwa kwa 1 ohm ya upinzani wa awali na kwa joto la 1 ° inaitwa. mgawo wa joto wa upinzani na inaonyeshwa kwa herufi α.
Ikiwa kwa joto t 0 upinzani wa kondakta ni r 0, na kwa joto t sawa r t, basi mgawo wa joto wa upinzani
Kumbuka. Kuhesabu kwa kutumia fomula hii inaweza tu kufanywa katika kiwango fulani cha joto (hadi takriban 200 ° C).
Tunawasilisha maadili ya mgawo wa joto wa upinzani α kwa metali kadhaa (Jedwali 2).
meza 2
Thamani za mgawo wa halijoto kwa baadhi ya metali
Kutoka kwa formula ya mgawo wa joto wa upinzani tunaamua r t:
r t = r 0 .
Mfano 6. Tambua upinzani wa waya wa chuma unaowaka hadi 200 ° C ikiwa upinzani wake saa 0 ° C ulikuwa 100 Ohms.
r t = r 0 = 100 (1 + 0.0066 × 200) = 232 ohms.
Mfano 7. Kipimajoto cha kustahimili kilichotengenezwa kwa waya wa platinamu kilikuwa na ukinzani wa ohm 20 katika chumba cha 15°C. Thermometer iliwekwa kwenye tanuri na baada ya muda upinzani wake ulipimwa. Ilibadilika kuwa sawa na 29.6 Ohms. Kuamua hali ya joto katika tanuri.
Conductivity ya umeme
Kufikia sasa, tumezingatia upinzani wa kondakta kama kikwazo ambacho kondakta hutoa kwa sasa ya umeme. Lakini bado, sasa inapita kupitia kondakta. Kwa hiyo, pamoja na upinzani (kikwazo), conductor pia ana uwezo wa kufanya sasa umeme, yaani, conductivity.
Upinzani zaidi wa conductor una, chini ya conductivity ina, mbaya zaidi hufanya sasa umeme, na, kinyume chake, chini ya upinzani wa conductor, conductivity zaidi ina, ni rahisi zaidi kwa sasa kupita kupitia conductor. Kwa hiyo, upinzani na conductivity ya conductor ni kiasi cha kubadilishana.
Kutoka kwa hisabati inajulikana kuwa kinyume cha 5 ni 1/5 na, kinyume chake, kinyume cha 1/7 ni 7. Kwa hiyo, ikiwa upinzani wa conductor unaonyeshwa na barua. r, basi conductivity inafafanuliwa kama 1/ r. Conductivity kawaida huonyeshwa na herufi g.
Uendeshaji wa umeme hupimwa kwa (1/Ohm) au katika siemens.
Mfano 8. Upinzani wa kondakta ni 20 ohms. Kuamua conductivity yake.
Kama r= 20 Ohm, basi
Mfano 9. Conductivity ya conductor ni 0.1 (1/Ohm). Kuamua upinzani wake
Ikiwa g = 0.1 (1/Ohm), basi r= 1 / 0.1 = 10 (Ohm)
Maudhui:
Katika uhandisi wa umeme, moja ya mambo makuu ya nyaya za umeme ni waya. Kazi yao ni kupitisha sasa ya umeme na hasara ndogo. Imejulikana kwa muda mrefu kwa majaribio kwamba ili kupunguza hasara za umeme, waya ni bora kufanywa kwa fedha. Ni chuma hiki ambacho hutoa mali ya kondakta na upinzani mdogo katika ohms. Lakini kwa kuwa chuma hiki kizuri ni ghali, matumizi yake katika tasnia ni mdogo sana.
Alumini na shaba ikawa metali kuu kwa waya. Kwa bahati mbaya, upinzani wa chuma kama kondakta wa umeme ni wa juu sana kutengeneza waya mzuri. Licha ya gharama yake ya chini, hutumiwa tu kama msingi wa waya za waya.
Vile upinzani tofauti
Upinzani hupimwa kwa ohms. Lakini kwa waya thamani hii inageuka kuwa ndogo sana. Ukijaribu kuchukua vipimo na kijaribu katika hali ya kipimo cha upinzani, itakuwa vigumu kupata matokeo sahihi. Zaidi ya hayo, bila kujali ni waya gani tunayochukua, matokeo kwenye maonyesho ya kifaa yatatofautiana kidogo. Lakini hii haina maana kwamba kwa kweli upinzani wa umeme wa waya hizi utakuwa na athari sawa na hasara za umeme. Ili kuthibitisha hili, unahitaji kuchambua fomula inayotumiwa kuhesabu upinzani:
Fomula hii hutumia idadi kama vile:
Inatokea kwamba upinzani huamua upinzani. Kuna upinzani unaohesabiwa na formula kwa kutumia upinzani mwingine. Upinzani huu wa umeme ρ (herufi ya Kigiriki rho) ndio huamua faida ya chuma fulani kama kondakta wa umeme:
Kwa hiyo, ikiwa unatumia shaba, chuma, fedha au nyenzo nyingine yoyote kufanya waya zinazofanana au waendeshaji wa kubuni maalum, nyenzo zitakuwa na jukumu kuu katika mali zake za umeme.
Lakini kwa kweli, hali ya upinzani ni ngumu zaidi kuliko kuhesabu tu kwa kutumia fomula zilizotolewa hapo juu. Fomula hizi hazizingatii hali ya joto na sura ya kipenyo cha kondakta. Na kwa kuongezeka kwa joto, resistivity ya shaba, kama chuma nyingine yoyote, inakuwa kubwa zaidi. Mfano wazi sana wa hii itakuwa taa ya taa ya incandescent. Unaweza kupima upinzani wa ond yake na tester. Kisha, baada ya kupima sasa katika mzunguko na taa hii, tumia sheria ya Ohm ili kuhesabu upinzani wake katika hali ya mwanga. Matokeo yatakuwa makubwa zaidi kuliko wakati wa kupima upinzani na tester.
Vivyo hivyo, shaba haitatoa ufanisi unaotarajiwa katika mikondo ya juu ikiwa sura ya sehemu ya msalaba ya kondakta imepuuzwa. Athari ya ngozi, ambayo hutokea kwa uwiano wa moja kwa moja na ongezeko la sasa, hufanya waendeshaji wenye sehemu ya msalaba wa mviringo haifai, hata ikiwa fedha au shaba hutumiwa. Kwa sababu hii, upinzani wa waya wa shaba wa pande zote kwa sasa ya juu inaweza kuwa ya juu zaidi kuliko ile ya waya ya gorofa ya alumini.
Aidha, hata kama maeneo ya kipenyo chao ni sawa. Kwa kubadilisha sasa, athari ya ngozi pia inaonekana, ikiongezeka kadiri mzunguko wa sasa unavyoongezeka. Athari ya ngozi inamaanisha tabia ya mtiririko wa sasa karibu na uso wa kondakta. Kwa sababu hii, katika baadhi ya matukio ni faida zaidi kutumia mipako ya fedha ya waya. Hata kupunguzwa kidogo kwa upinzani wa uso wa conductor ya shaba iliyotiwa fedha kwa kiasi kikubwa hupunguza kupoteza kwa ishara.
Ujumla wa dhana ya kupinga
Kama ilivyo katika kesi nyingine yoyote ambayo inahusishwa na onyesho la vipimo, kupinga kunaonyeshwa katika mifumo tofauti ya vitengo. SI (Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo) hutumia ohm m, lakini pia inakubalika kutumia Ohm*kV mm/m (hii ni kitengo kisicho cha utaratibu cha kupinga). Lakini katika kondakta halisi, thamani ya kupinga sio mara kwa mara. Kwa kuwa vifaa vyote vina usafi fulani, ambao unaweza kutofautiana kutoka kwa uhakika hadi hatua, ilikuwa ni lazima kuunda uwakilishi unaofanana wa upinzani katika nyenzo halisi. Udhihirisho huu ulikuwa sheria ya Ohm katika hali tofauti:
Sheria hii ina uwezekano mkubwa haitatumika kwa malipo ya kaya. Lakini wakati wa kubuni wa vipengele mbalimbali vya elektroniki, kwa mfano, vipinga, vipengele vya kioo, kwa hakika hutumiwa. Kwa kuwa inakuwezesha kufanya mahesabu kulingana na hatua fulani ambayo kuna wiani wa sasa na nguvu ya shamba la umeme. Na resistivity sambamba. Fomu hiyo hutumiwa kwa isotropiki isiyo na homogeneous pamoja na vitu vya anisotropic (fuwele, kutokwa kwa gesi, nk).
Jinsi ya kupata shaba safi
Ili kupunguza hasara katika waya za shaba na cores za cable, lazima iwe safi hasa. Hii inafanikiwa na michakato maalum ya kiteknolojia:
- kulingana na boriti ya elektroni na kuyeyuka kwa eneo;
- kusafisha mara kwa mara electrolysis.
Kwa hiyo, ni muhimu kujua vigezo vya vipengele vyote na vifaa vinavyotumiwa. Na si tu umeme, lakini pia mitambo. Na uwe na vifaa vya kumbukumbu vinavyofaa ambavyo hukuruhusu kulinganisha sifa za vifaa tofauti na uchague kwa muundo na ufanyie kazi kile ambacho kitakuwa sawa katika hali fulani.
Katika mistari ya usambazaji wa nishati, ambapo lengo ni kutoa nishati kwa watumiaji kwa njia yenye tija zaidi, ambayo ni, kwa ufanisi mkubwa, uchumi wa hasara na mechanics ya mistari yenyewe huzingatiwa. Ufanisi wa mwisho wa kiuchumi wa mstari unategemea mechanics - yaani, kifaa na mpangilio wa conductors, insulators, inasaidia, transfoma ya hatua-up / hatua-chini, uzito na nguvu za miundo yote, ikiwa ni pamoja na waya zilizowekwa kwa umbali mrefu, pamoja na vifaa vilivyochaguliwa kwa kila kipengele cha kimuundo. , kazi yake na gharama za uendeshaji. Kwa kuongeza, katika mistari ya kupitisha umeme, kuna mahitaji ya juu zaidi ya kuhakikisha usalama wa mistari yenyewe na kila kitu kinachozunguka mahali wanapopita. Na hii inaongeza gharama zote kwa kutoa wiring umeme na kwa kiwango cha ziada cha usalama wa miundo yote.
Kwa kulinganisha, data kawaida hupunguzwa hadi fomu moja inayolinganishwa. Mara nyingi, epithet "maalum" huongezwa kwa sifa kama hizo, na maadili yenyewe huzingatiwa kulingana na viwango fulani vilivyounganishwa na vigezo vya mwili. Kwa mfano, upinzani wa umeme ni upinzani (ohms) wa kondakta iliyotengenezwa na chuma fulani (shaba, aluminium, chuma, tungsten, dhahabu) yenye urefu wa kitengo na sehemu ya msalaba ya kitengo katika mfumo wa vitengo vya kipimo vinavyotumiwa (kawaida SI). ) Kwa kuongeza, hali ya joto imeelezwa, kwani inapokanzwa, upinzani wa waendeshaji unaweza kuishi tofauti. Hali ya wastani ya uendeshaji inachukuliwa kama msingi - kwa digrii 20 Celsius. Na ambapo mali ni muhimu wakati wa kubadilisha vigezo vya mazingira (joto, shinikizo), coefficients huletwa na meza za ziada na grafu za utegemezi zinaundwa.
Aina za resistivity
Kwa kuwa upinzani hutokea:
- hai - au ohmic, kupinga - inayotokana na matumizi ya umeme inapokanzwa kondakta (chuma) wakati mkondo wa umeme unapita ndani yake, na
- tendaji - capacitive au inductive - ambayo hutokea kutokana na hasara kuepukika kutokana na kuundwa kwa mabadiliko yoyote katika sasa kupita kwa conductor ya mashamba ya umeme, basi resistivity ya kondakta huja katika aina mbili:
- Upinzani maalum wa umeme kwa sasa ya moja kwa moja (kuwa na asili ya kupinga) na
- Upinzani maalum wa umeme kwa sasa mbadala (kuwa na asili ya tendaji).
Hapa, resistivity ya aina ya 2 ni thamani ngumu; ina vipengele viwili vya TC - hai na tendaji, kwani upinzani wa kupinga daima upo wakati sasa unapita, bila kujali asili yake, na upinzani wa tendaji hutokea tu na mabadiliko yoyote ya sasa katika mizunguko. Katika nyaya za DC, majibu hutokea tu wakati wa michakato ya muda mfupi ambayo inahusishwa na kugeuka kwa sasa (mabadiliko ya sasa kutoka 0 hadi nominella) au kuzima (tofauti kutoka kwa nominella hadi 0). Na kwa kawaida huzingatiwa tu wakati wa kubuni ulinzi wa overload.
Katika saketi za sasa zinazobadilishana, matukio yanayohusiana na mwitikio ni tofauti zaidi. Wao hutegemea sio tu juu ya kifungu halisi cha sasa kupitia sehemu fulani ya msalaba, lakini pia kwa sura ya kondakta, na utegemezi sio mstari.
Ukweli ni kwamba sasa mbadala hushawishi shamba la umeme karibu na kondakta ambayo inapita na katika kondakta yenyewe. Na kutoka kwa uwanja huu, mikondo ya eddy inatokea, ambayo inatoa athari ya "kusukuma" harakati kuu ya malipo, kutoka kwa kina cha sehemu nzima ya kondakta hadi uso wake, kinachojulikana kama "athari ya ngozi" (kutoka ngozi - ngozi). Inatokea kwamba mikondo ya eddy inaonekana "kuiba" sehemu yake ya msalaba kutoka kwa kondakta. Ya sasa inapita kwenye safu fulani karibu na uso, unene uliobaki wa conductor bado haujatumiwa, haupunguzi upinzani wake, na hakuna uhakika tu katika kuongeza unene wa waendeshaji. Hasa katika masafa ya juu. Kwa hiyo, kwa kubadilisha sasa, upinzani hupimwa katika sehemu hizo za waendeshaji ambapo sehemu yake yote inaweza kuchukuliwa kuwa karibu na uso. Waya kama hiyo huitwa nyembamba; unene wake ni sawa na kina mara mbili ya safu hii ya uso, ambapo mikondo ya eddy hubadilisha mkondo kuu muhimu unaopita kwenye kondakta.
Bila shaka, kupunguza unene wa waya wa pande zote haitoi upitishaji wa ufanisi wa sasa wa kubadilisha. Kondakta inaweza kupunguzwa, lakini wakati huo huo kufanywa gorofa kwa namna ya mkanda, kisha sehemu ya msalaba itakuwa ya juu kuliko ya waya wa pande zote, na ipasavyo, upinzani utakuwa chini. Kwa kuongeza, kuongeza tu eneo la uso itakuwa na athari ya kuongeza sehemu ya msalaba yenye ufanisi. Vile vile vinaweza kupatikana kwa kutumia waya uliokwama badala ya msingi mmoja; zaidi ya hayo, waya uliokwama ni rahisi zaidi kuliko waya wa msingi mmoja, ambao mara nyingi huwa na thamani. Kwa upande mwingine, kwa kuzingatia athari za ngozi katika waya, inawezekana kufanya waya kuwa mchanganyiko kwa kufanya msingi kutoka kwa chuma ambacho kina sifa nzuri za nguvu, kwa mfano, chuma, lakini sifa za chini za umeme. Katika kesi hiyo, braid ya alumini inafanywa juu ya chuma, ambayo ina resistivity ya chini.
Mbali na athari ya ngozi, mtiririko wa sasa mbadala katika waendeshaji huathiriwa na msisimko wa mikondo ya eddy katika waendeshaji wa jirani. Mikondo kama hiyo inaitwa mikondo ya induction, na inaingizwa katika metali ambazo hazifanyi jukumu la wiring (vipengele vya kubeba mzigo), na katika waya za tata nzima ya conductive - kucheza nafasi ya waya za awamu zingine, zisizo na upande. , kutuliza.
Matukio haya yote hutokea katika miundo yote ya umeme, na kuifanya kuwa muhimu zaidi kuwa na kumbukumbu ya kina kwa aina mbalimbali za vifaa.
Resistivity kwa waendeshaji hupimwa kwa vyombo nyeti sana na sahihi, kwani metali yenye upinzani mdogo huchaguliwa kwa wiring - kwa utaratibu wa ohms * 10 -6 kwa mita ya urefu na sq. mm. sehemu. Ili kupima upinzani wa insulation, unahitaji vyombo, kinyume chake, ambavyo vina safu za maadili makubwa sana ya upinzani - kawaida megohms. Ni wazi kwamba conductors lazima wafanye vizuri, na insulators lazima insulate vizuri.
Jedwali
| Jedwali la resistivity ya conductors (metali na aloi) |
||||
| Nyenzo za kondakta | Muundo (kwa aloi) | Upinzani ρ mΩ × mm 2/m |
||
| shaba, zinki, bati, nikeli, risasi, manganese, chuma n.k. | ||||
| Alumini | ||||
| Tungsten | ||||
| Molybdenum | ||||
| shaba, bati, alumini, silikoni, berili, risasi, n.k. (isipokuwa zinki) | ||||
| chuma, kaboni | ||||
| shaba, nikeli, zinki | ||||
| Manganini | shaba, nikeli, manganese | |||
| Constantan | shaba, nikeli, alumini | |||
| nikeli, chromium, chuma, manganese | ||||
| chuma, chromium, alumini, silicon, manganese | ||||
Iron kama kondakta katika uhandisi wa umeme
Iron ni chuma cha kawaida zaidi katika asili na teknolojia (baada ya hidrojeni, ambayo pia ni chuma). Ni ya bei rahisi na ina sifa bora za nguvu, kwa hivyo hutumiwa kila mahali kama msingi wa nguvu za miundo anuwai.
Katika uhandisi wa umeme, chuma hutumiwa kama kondakta kwa namna ya waya za chuma zinazobadilika ambapo nguvu za kimwili na kubadilika zinahitajika, na upinzani unaohitajika unaweza kupatikana kupitia sehemu ya msalaba inayofaa.
Kuwa na meza ya kupinga ya metali mbalimbali na aloi, unaweza kuhesabu sehemu za msalaba wa waya zilizofanywa kutoka kwa waendeshaji tofauti.
Kwa mfano, hebu tujaribu kupata sehemu ya umeme inayolingana ya kondakta iliyotengenezwa kwa vifaa tofauti: shaba, tungsten, nikeli na waya za chuma. Wacha tuchukue waya wa alumini na sehemu ya msalaba ya 2.5 mm kama ya kwanza.
Tunahitaji kwamba zaidi ya urefu wa m 1 upinzani wa waya uliofanywa na metali hizi zote ni sawa na upinzani wa moja ya awali. Upinzani wa alumini kwa urefu wa m 1 na sehemu ya 2.5 mm itakuwa sawa na
Wapi R- upinzani, ρ - upinzani wa chuma kutoka kwa meza; S- eneo la msalaba, L- urefu.
Kubadilisha maadili ya asili, tunapata upinzani wa kipande cha urefu wa mita ya waya ya alumini katika ohms.
Baada ya hayo, wacha tusuluhishe fomula ya S
Tutabadilisha maadili kutoka kwa jedwali na kupata sehemu za sehemu za metali tofauti.
Kwa kuwa resistivity katika meza ni kipimo kwenye waya 1 m kwa muda mrefu, katika microohms kwa 1 mm 2 sehemu, basi tulipata katika microohms. Ili kuipata katika ohms, unahitaji kuzidisha thamani kwa 10 -6. Lakini si lazima tupate nambari ohm na sufuri 6 baada ya uhakika wa desimali, kwani bado tunapata matokeo ya mwisho katika mm2.
Kama unaweza kuona, upinzani wa chuma ni wa juu sana, waya ni nene.
Lakini kuna vifaa ambavyo ni kubwa zaidi, kwa mfano, nickel au constantan.