Пресметка на отпорност на жица. Отпорност

Еден од најпопуларните метали во индустриите е бакарот. Најшироко се користи во електричната и електрониката. Најчесто се користи во производството на намотки за електрични мотори и трансформатори. Главната причина за користење на овој конкретен материјал е тоа што бакарот има најниска електрична отпорност од кој било материјал кој е моментално достапен. Сè додека не се појави нов материјал со помала вредност на овој индикатор, можеме со сигурност да кажеме дека нема да има замена за бакар.

Општи карактеристики на бакар

Зборувајќи за бакар, мора да се каже дека во зората на електричната ера почна да се користи во производството на електрична опрема. Почна да се користи во голема мера поради уникатните својства што ги има оваа легура. Сам по себе, тоа е материјал кој се карактеризира со високи својства во смисла на еластичност и добра податливост.

Заедно со топлинската спроводливост на бакарот, една од неговите најважни предности е високата електрична спроводливост. Токму поради ова својство, бакарот и стана широко распространета во електраните, во кој делува како универзален проводник. Највреден материјал е електролитски бакар, кој има висок степен на чистота од 99,95%. Благодарение на овој материјал, станува возможно да се произведуваат кабли.

Добрите страни на користење на електролитски бакар

Употребата на електролитски бакар ви овозможува да го постигнете следново:

• Обезбедете висока електрична спроводливост;
• Постигнете одлична способност за стилизирање;
• Обезбедете висок степен на пластичност.

Области на примена

Кабелските производи направени од електролитски бакар се широко користени во различни индустрии. Најчесто се користи во следниве области:

• електроиндустријата;
• електрични уреди;
• автомобилска индустрија;
• производство на компјутерска опрема.

Која е отпорноста?

За да се разбере што е бакар и неговите карактеристики, неопходно е да се разбере главниот параметар на овој метал - отпорност. Треба да се знае и да се користи при вршење на пресметки.

Отпорноста обично се подразбира како физичка големина, која се карактеризира како способност на металот да спроведува електрична струја.

Исто така, неопходно е да се знае оваа вредност за да се правилно пресметајте го електричниот отпорпроводник. Кога се прават пресметки, тие се водат и од неговите геометриски димензии. Кога вршите пресметки, користете ја следната формула:

Оваа формула е позната на многумина. Користејќи го, можете лесно да го пресметате отпорот на бакарен кабел, фокусирајќи се само на карактеристиките на електричната мрежа. Ви овозможува да ја пресметате моќноста што неефикасно се троши за загревање на јадрото на кабелот. Освен тоа, слична формула ви овозможува да пресметате отпорбило кој кабел. Не е важно каков материјал е користен за изработка на кабелот - бакар, алуминиум или некоја друга легура.

Параметар како што е електричната отпорност се мери во Ohm*mm2/m. Овој индикатор за бакарни жици поставени во стан е 0,0175 Ohm*mm2/m. Ако се обидете да барате алтернатива за бакар - материјал што би можел да се користи наместо тоа, тогаш само среброто може да се смета за единствено погодно, чија отпорност е 0,016 Ohm*mm2/m. Меѓутоа, при изборот на материјал, неопходно е да се обрне внимание не само на отпорноста, туку и на обратната спроводливост. Оваа вредност се мери во Сименс (Cm).

Сименс = 1 / Ом.

За бакар од која било тежина, овој параметар на составот е 58.100.000 S/m. Што се однесува до среброто, неговата обратна спроводливост е 62.500.000 S/m.

Во нашиот свет на висока технологија, кога секој дом има голем број електрични уреди и инсталации, важноста на материјалот како што е бакарот е едноставно непроценлива. Ова материјал кој се користи за правење жици, без која ниту една просторија не може. Да не постоеше бакар, тогаш човекот ќе мораше да користи жици направени од други достапни материјали, како што е алуминиумот. Меѓутоа, во овој случај човек ќе мора да се соочи со еден проблем. Работата е во тоа што овој материјал има многу помала спроводливост од бакарните проводници.

Отпорност

Употребата на материјали со мала електрична и топлинска спроводливост од која било тежина доведува до големи загуби на електрична енергија. А ова влијае на губењето на моќностана употребената опрема. Повеќето експерти го нарекуваат бакар како главен материјал за изработка на изолирани жици. Тоа е главниот материјал од кој се направени поединечни елементи на опремата напојувана со електрична струја.

• Плочите инсталирани во компјутерите се опремени со гравирани бакарни траги.
• Бакарот исто така се користи за производство на широк спектар на компоненти што се користат во електронските уреди.
• Во трансформаторите и електричните мотори е претставено со ликвидација, која е направена од овој материјал.

Несомнено е дека проширувањето на опсегот на примена на овој материјал ќе се случи со понатамошниот развој на технолошкиот напредок. Иако има и други материјали освен бакар, дизајнерите сè уште користат бакар при креирање опрема и разни инсталации. Главната причина за побарувачката на овој материјал е во добра електрична и топлинска спроводливостовој метал, кој го обезбедува на собна температура.

Температурен коефициент на отпор

Сите метали со која било топлинска спроводливост имаат својство да ја намалуваат спроводливоста со зголемување на температурата. Како што температурата се намалува, спроводливоста се зголемува. Експертите особено интересно го нарекуваат својството на намалување на отпорот со намалување на температурата. Навистина, во овој случај, кога температурата во просторијата паѓа на одредена вредност, проводникот може да го изгуби електричниот отпори ќе премине во класата на суперпроводници.

За да се одреди вредноста на отпорот на одреден проводник со одредена тежина на собна температура, постои коефициент на критичен отпор. Тоа е вредност што ја покажува промената на отпорноста на дел од колото кога температурата се менува за еден келвин. За да го пресметате електричниот отпор на бакарен проводник во одреден временски период, користете ја следнава формула:

ΔR = α*R*ΔT, каде α е температурен коефициент на електричниот отпор.

Заклучок

Бакарот е материјал кој широко се користи во електрониката. Се користи не само во намотки и кола, туку и како метал за производство на кабелски производи. За ефикасно работење на машините и опремата, неопходно е правилно пресметајте ја отпорноста на жиците, поставен во станот. Постои одредена формула за ова. Знаејќи го тоа, можете да направите пресметка што ви овозможува да ја дознаете оптималната големина на пресекот на кабелот. Во овој случај, можно е да се избегне губење на моќта на опремата и да се обезбеди нејзина ефикасна употреба.

Во пракса, често е неопходно да се пресмета отпорноста на различни жици. Ова може да се направи со помош на формули или со користење на податоците дадени во табелата. 1.

Ефектот на материјалот на спроводникот се зема предвид со користење на отпорноста, означена со грчката буква? и има должина од 1 m и површина на пресек од 1 mm2. Најмал отпор? = 0,016 Ом mm2/m има сребро. Да ја дадеме просечната вредност на отпорноста на некои проводници:

Сребро - 0,016 , Олово - 0,21, Бакар - 0,017, Никелин - 0,42, Алуминиум - 0,026, Манганин - 0,42, Волфрам - 0,055, Константан - 0,5, Цинк - 0,06, Меркур - 0,96 -0,10 челик, месинг -0,90 рал - 1,2, Фосфор бронза - 0,11, Хромал - 1,45.

Со различни количини на нечистотии и со различни соодноси на компоненти вклучени во составот на реостатските легури, отпорноста може малку да се промени.

Отпорот се пресметува со формулата:

каде што R е отпор, Ом; отпорност, (Ом mm2)/m; l - должина на жица, m; s - површина на пресек на жицата, mm2.

Ако дијаметарот на жицата d е познат, тогаш неговата површина на пресек е еднаква на:

Најдобро е да го измерите дијаметарот на жицата со помош на микрометар, но ако го немате, треба цврсто да навивате 10 или 20 вртења на жица на молив и да ја измерите должината на намотувањето со линијар. Поделувајќи ја должината на ликвидацијата со бројот на вртења, го наоѓаме дијаметарот на жицата.

За да се одреди должината на жица со познат дијаметар направена од даден материјал неопходен за да се добие потребниот отпор, користете ја формулата

Табела 1.

Забелешка. 1. Податоците за жици кои не се наведени во табелата треба да се земат како некои просечни вредности. На пример, за никелова жица со дијаметар од 0,18 mm, приближно можеме да претпоставиме дека површината на пресек е 0,025 mm2, отпорот од еден метар е 18 Ом, а дозволената струја е 0,075 А.

2. За различна вредност на густината на струјата, податоците во последната колона мора соодветно да се променат; на пример, при густина на струја од 6 A/mm2, тие треба да се удвојат.

Пример 1. Најдете го отпорот од 30 m бакарна жица со дијаметар од 0,1 mm.

Решение.

Ние одредуваме според табелата. 1 отпор од 1 m бакарна жица, тоа е еднакво на 2,2 Ом. Затоа, отпорот од 30 m жица ќе биде R = 30 2,2 = 66 Ohms.

Пресметката со помош на формулите ги дава следните резултати: површина на пресек на жицата: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Бидејќи отпорноста на бакар е 0,017 (Ом mm2)/m, добиваме R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.

Пример 2. Колку никел жица со дијаметар од 0,5 mm е потребна за да се направи реостат со отпор од 40 Ом?

Решение.

Според табелата 1, го одредуваме отпорот од 1 m од оваа жица: R = 2,12 Ohm: Затоа, за да направите реостат со отпор од 40 Ohm, потребна ви е жица чија должина е l = 40/2,12 = 18,9 m. -Ајде да ја направиме истата пресметка користејќи ги формулите. Ја наоѓаме површината на пресекот на жицата s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. И должината на жицата ќе биде l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.Електричен отпор

физичка величина која покажува каква пречка создава струјата додека минува низ спроводникот

Отпорност

Постои толку важен концепт како отпорност, ова е истиот отпор, само во единица должина. Секој метал има свој, на пример, за бакар е 0,0175 Ohm*mm2/m, за алуминиум е 0,0271 Ohm*mm2/m. Ова значи дека бакарна шипка долга 1 m и површина на пресек од 1 mm2 ќе има отпор од 0,0175 Ohm, а истата шипка, но изработена од алуминиум, ќе има отпор од 0,0271 Ohm. Излегува дека електричната спроводливост на бакар е поголема од онаа на алуминиумот. Секој метал има свој специфичен отпор, а отпорноста на целиот проводник може да се пресмета со помош на формулата

Каде стр– отпорност на метал, l – должина на спроводникот, s – површина на пресек.

Вредностите на отпорноста се дадени во табела за отпорност на метал(20°C)

Супстанција	стр, Ом*мм 2/2	α,10 -3 1/К
Алуминиум	0.0271
Волфрам	0.055
Железо	0.098
Злато	0.023
Месинг	0.025-0.06
Манганин	0.42-0.48	0,002-0,05
Бакар	0.0175
Никел
Константан	0.44-0.52	0.02
Нихром		0.15
Сребрена	0.016
Цинк	0.059

Во прилог на отпорност, табелата содржи TCR вредности повеќе за овој коефициент малку подоцна.

Зависност на отпорност од деформација

При ладно формирање на метали, металот доживува пластична деформација. При пластична деформација, кристалната решетка се искривува и бројот на дефекти се зголемува. Со зголемување на дефектите на кристалната решетка, отпорот на протокот на електрони низ проводникот се зголемува, па затоа се зголемува отпорноста на металот. На пример, жица се прави со цртање, што значи дека металот претрпува пластична деформација, како резултат на што се зголемува отпорноста. Во пракса, рекристализацијата се користи за намалување на отпорот, ова е сложен технолошки процес, по што се чини дека кристалната решетка се „исправува“ и се намалува бројот на дефекти, а со тоа и отпорноста на металот.

Кога се истегнува или компресира, металот доживува еластична деформација. За време на еластична деформација предизвикана од истегнување, се зголемуваат амплитудите на топлинските вибрации на јазлите на кристалната решетка, па затоа електроните доживуваат големи тешкотии, а во врска со ова се зголемува отпорноста. За време на еластична деформација предизвикана од компресија, амплитудите на топлинските вибрации на јазлите се намалуваат, па затоа електроните полесно се движат, а отпорноста се намалува.

Ефект на температурата врз отпорноста

Како што веќе дознавме погоре, причината за отпорот на металот се јазлите на кристалната решетка и нивните вибрации. Така, како што температурата се зголемува, термичките вибрации на јазлите се зголемуваат, што значи дека се зголемува и отпорноста. Постои таква количина како температурен коефициент на отпор(TKS), што покажува колку отпорноста на металот се зголемува или намалува кога се загрева или лади. На пример, температурниот коефициент на бакар на 20 степени Целзиусови е 4.1 · 10 − 3 1/степен. Ова значи дека кога, на пример, бакарната жица се загрева за 1 степен Целзиусов, нејзината отпорност ќе се зголеми за 4.1 · 10 − 3 Ом. Отпорноста со температурни промени може да се пресмета со формулата

каде што r е отпорност по загревањето, r 0 е отпорност пред загревање, a е температурен коефициент на отпор, t 2 е температура пред загревање, t 1 е температура по загревањето.

Заменувајќи ги нашите вредности, добиваме: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm 2 /m. Како што можете да видите, нашата бакарна шипка со должина од 1 m и површина на пресек од 1 mm 2, по загревање на 154 степени, би имала ист отпор како истата шипка, само направена од алуминиум и на температура од 20 степени Целзиусови.

Својството на промена на отпорот со температурни промени се користи во отпорните термометри. Овие уреди можат да ја мерат температурата врз основа на отчитувањата на отпорот. Отпорните термометри имаат висока точност на мерењето, но мали температурни опсези.

Во пракса, својствата на проводниците за да се спречи преминструја се користат многу широко. Пример е блескаво светилка, каде што влакното од волфрам се загрева поради високата отпорност на металот, неговата голема должина и тесниот пресек. Или кој било уред за греење каде што серпентина се загрева поради висока отпорност. Во електротехниката, елементот чие главно својство е отпор се нарекува отпорник. Отпорник се користи во речиси секое електрично коло.

За секој проводник постои концепт на отпорност. Оваа вредност се состои од Ом помножени со квадратен милиметар, а потоа поделен со еден метар. Со други зборови, ова е отпор на проводник чија должина е 1 метар и пресек е 1 mm 2. Истото важи и за отпорноста на бакарот, уникатен метал кој е широко користен во електротехниката и енергетиката.

Својства на бакар

Поради своите својства, овој метал беше еден од првите што се користеше во областа на електричната енергија. Како прво, бакарот е податлив и еластичен материјал со одлични својства на електрична спроводливост. Сè уште нема еквивалентна замена за овој проводник во енергетскиот сектор.

Особено се ценат својствата на специјалниот електролитски бакар, кој има висока чистота. Овој материјал овозможи да се произведат жици со минимална дебелина од 10 микрони.

Покрај високата електрична спроводливост, бакарот многу добро се посветува на калај и други видови обработка.

Бакар и неговата отпорност

Секој проводник покажува отпор ако низ него помине електрична струја. Вредноста зависи од должината на проводникот и неговиот пресек, како и од ефектот на одредени температури. Затоа, отпорноста на проводниците не зависи само од самиот материјал, туку и од неговата специфична должина и површина на пресек. Колку полесно еден материјал дозволува полнењето да помине низ себе, толку е помал неговиот отпор. За бакар, отпорноста е 0,0171 Ohm x 1 mm 2 /1 m и е само малку инфериорна во однос на среброто. Сепак, употребата на сребро во индустриска скала не е економски профитабилна, затоа бакарот е најдобриот проводник што се користи во енергијата.

Отпорноста на бакар е исто така поврзана со неговата висока спроводливост. Овие вредности се директно спротивни една на друга. Карактеристиките на бакарот како проводник зависат и од температурниот коефициент на отпор. Ова е особено точно за отпор, кој е под влијание на температурата на проводникот.

Така, поради неговите својства, бакар стана широко распространет не само како проводник. Овој метал се користи во повеќето инструменти, уреди и единици чија работа е поврзана со електрична струја.

Експериментално е утврдено дека отпорот Рметалниот проводник е директно пропорционален на неговата должина Ли обратно пропорционална на неговата површина на пресек А:

Р = ρ L/ А (26.4)

каде е коефициентот ρ се нарекува отпорност и служи како карактеристика на супстанцијата од која е направен спроводникот. Ова е здрав разум: дебелата жица треба да има помал отпор од тенка жица бидејќи електроните можат да се движат на поголема површина во дебела жица. И можеме да очекуваме зголемување на отпорот со зголемување на должината на спроводникот, како што се зголемува бројот на пречки за протокот на електроните.

Типични вредности ρ за различни материјали се дадени во првата колона од табелата. 26.2. (Вистинските вредности варираат во зависност од чистотата, термичката обработка, температурата и други фактори.)

Табела 26.2. Специфичен отпор и температурен коефициент на отпор (TCR) (на 20 °C)
Супстанција	ρ ,Ом м	ТКС α , °C -1
Диригенти
Сребрена	1,59·10 -8	0,0061
Бакар	1,68·10 -8	0,0068
Алуминиум	2,65·10 -8	0,00429
Волфрам	5,6·10 -8	0,0045
Железо	9,71·10 -8	0,00651
Платина	10,6·10 -8	0,003927
Меркур	98·10 -8	0,0009
Нихром (легура на Ni, Fe, Cr)	100·10 -8	0,0004
Полупроводници 1)
Јаглерод (графит)	(3-60)·10 -5	-0,0005
Германиум	(1-500)·10 -5	-0,05
Силикон	0,1 - 60	-0,07
Диелектриците
Стакло	10 9 - 10 12
Цврста гума	10 13 - 10 15
1) Реалните вредности силно зависат од присуството на дури и мали количини на нечистотии.

Среброто има најниска отпорност, што на тој начин се покажува како најдобар проводник; сепак е скапо. Бакарот е малку инфериорен во однос на среброто; Јасно е зошто жиците најчесто се направени од бакар.

Алуминиумот има поголема отпорност од бакарот, но има многу помала густина и се претпочита во некои апликации (на пример, во далноводи), бидејќи отпорот на алуминиумските жици со иста маса е помал од оној на бакарот. Реципроцитет на отпорност често се користи:

σ = 1/ρ (26.5)

σ наречена специфична спроводливост. Специфичната спроводливост се мери во единици (Ом m) -1.

Отпорноста на супстанцијата зависи од температурата. Како по правило, отпорноста на металите се зголемува со температурата. Ова не треба да изненадува: како што температурата се зголемува, атомите се движат побрзо, нивниот распоред станува помалку подреден и можеме да очекуваме повеќе да се мешаат во протокот на електрони. Во тесни температурни опсези, отпорноста на металот се зголемува речиси линеарно со температурата:

Каде ρ Т- отпорност на температура Т, ρ 0 - отпорност на стандардна температура Т 0, а α - температурен коефициент на отпор (TCR). Вредностите на a се дадени во табелата. 26.2. Забележете дека за полупроводници TCR може да биде негативен. Ова е очигледно, бидејќи со зголемување на температурата бројот на слободни електрони се зголемува и тие ги подобруваат спроводливите својства на супстанцијата. Така, отпорот на полупроводникот може да се намали со зголемување на температурата (иако не секогаш).

Вредностите на а зависат од температурата, па затоа треба да обрнете внимание на температурниот опсег во кој важи оваа вредност (на пример, според референтна книга за физички количини). Ако опсегот на температурни промени се покаже дека е широк, тогаш линеарноста ќе биде нарушена и наместо (26.6) потребно е да се користи израз што содржи термини што зависат од втората и третата моќ на температурата:

ρ Т = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),

каде се коефициентите β И γ обично многу мали (ставаме Т 0 = 0°С), но на големо Тпридонесите на овие членови стануваат значајни.

При многу ниски температури, отпорноста на некои метали, како и легурите и соединенијата, паѓа на нула во рамките на точноста на современите мерења. Ова својство се нарекува суперспроводливост; за прв пат беше забележан од холандскиот физичар Гејке Камерлинг Онес (1853-1926) во 1911 година кога живата се оладила под 4,2 К. На оваа температура, електричниот отпор на живата одеднаш паднал на нула.

Суперпроводниците влегуваат во суперспроводлива состојба под преодната температура, која е типично неколку степени Келвини (нешто над апсолутната нула). Во суперспроводлив прстен беше забележана електрична струја, која практично не ослабна во отсуство на напон неколку години.

Во последниве години, суперспроводливоста интензивно се проучува за да се разбере нејзиниот механизам и да се пронајдат материјали кои се суперспроводливи на повисоки температури за да се намалат трошоците и непријатностите од ладење на многу ниски температури. Првата успешна теорија за суперспроводливост беше создадена од Бардин, Купер и Шрифер во 1957 година. Суперпроводниците веќе се користат во големите магнети, каде што магнетното поле се создава од електрична струја (види Поглавје 28), што значително ја намалува потрошувачката на енергија. Се разбира, одржувањето на суперпроводник на ниска температура бара и енергија.

Коментарите и предлозите се прифатени и добредојдени!