- aktiv - eller ohmsk, resistiv - som følge av forbruk av elektrisitet på oppvarming av lederen (metallet) når en elektrisk strøm passerer gjennom den, og
- reaktiv - kapasitiv eller induktiv - som oppstår fra uunngåelige tap på grunn av dannelsen av endringer i strømmen som går gjennom lederen av elektriske felt, så kommer lederens resistivitet i to varianter:
Resistivitet av populære ledere (metaller og legeringer). Stålresistivitet
Resistivitet av jern, aluminium og andre ledere
Å overføre elektrisitet over lange avstander krever at man sørger for å minimere tap som følge av strøm som overvinner motstanden til lederne som utgjør den elektriske ledningen. Dette betyr selvfølgelig ikke at slike tap, som oppstår spesifikt i kretser og forbrukerenheter, ikke spiller noen rolle.
Derfor er det viktig å kjenne parametrene til alle elementer og materialer som brukes. Og ikke bare elektrisk, men også mekanisk. Og ha noen praktiske til din disposisjon referansemateriale, slik at du kan sammenligne egenskapene til forskjellige materialer og velge for design og drift nøyaktig hva som vil være optimalt i spesifikk situasjon.I energioverføringslinjer, hvor oppgaven er å levere energi til forbrukeren på den mest produktive måten, det vil si med høy effektivitet, tas både tapsøkonomien og selve ledningenes mekanikk i betraktning. Det endelige resultatet avhenger av mekanikken - det vil si enheten og arrangementet av ledere, isolatorer, støtter, step-up/step-down transformatorer, vekten og styrken til alle strukturer, inkludert ledninger strukket over lange avstander, samt materialer valgt for hvert konstruksjonselement. økonomisk effektivitet linje, dens drift og driftskostnader. I tillegg er det i ledninger som overfører elektrisitet, høyere krav for å sikre sikkerheten til både ledningene selv og alt rundt dem der de passerer. Og dette legger til kostnader både for å levere strømledninger og for en ekstra sikkerhetsmargin for alle strukturer.
For sammenligning reduseres data vanligvis til en enkelt, sammenlignbar form. Ofte legges tilnavnet "spesifikk" til slike egenskaper, og verdiene i seg selv vurderes basert på visse standarder forent av fysiske parametere. For eksempel er elektrisk resistivitet motstanden (ohm) til en leder laget av noe metall (kobber, aluminium, stål, wolfram, gull) som har en lengdeenhet og et enhetstverrsnitt i systemet med måleenheter som brukes (vanligvis SI) ). I tillegg er temperaturen spesifisert, siden ved oppvarming kan motstanden til lederne oppføre seg annerledes. Normale gjennomsnittlige driftsforhold legges til grunn - ved 20 grader Celsius. Og der egenskaper er viktige ved endring av miljøparametere (temperatur, trykk), introduseres koeffisienter og tilleggstabeller og avhengighetsgrafer kompileres.
Typer av resistivitet
Siden motstand skjer:
- Spesifikk elektrisk motstand mot likestrøm (som har en resistiv natur) og
- Spesifikk elektrisk motstand mot vekselstrøm (har reaktiv karakter).
Her er type 2-resistivitet en kompleks verdi; den består av to TC-komponenter - aktiv og reaktiv, siden resistiv motstand alltid eksisterer når strømmen passerer, uavhengig av dens natur, og reaktiv motstand oppstår bare med noen endring i strømmen i kretsene. I DC-kretser oppstår reaktans bare under forbigående prosesser som er forbundet med å slå på strømmen (endring i strøm fra 0 til nominell) eller slå av (forskjell fra nominell til 0). Og de blir vanligvis bare tatt i betraktning ved utforming av overbelastningsbeskyttelse.
I vekselstrømkretser er fenomenene knyttet til reaktans mye mer varierte. De avhenger ikke bare av den faktiske passasjen av strøm gjennom et visst tverrsnitt, men også av lederens form, og avhengigheten er ikke lineær.
Faktum er at vekselstrøm induserer et elektrisk felt både rundt lederen den strømmer gjennom og i selve lederen. Og fra dette feltet oppstår det virvelstrømmer, som gir effekten av å "skyve" den faktiske hovedbevegelsen av ladninger, fra dypet av hele tverrsnittet av lederen til overflaten, den såkalte "hudeffekten" (fra hud - hud). Det viser seg at virvelstrømmer ser ut til å "stjele" tverrsnittet fra lederen. Strømmen flyter i et bestemt lag nær overflaten, den gjenværende tykkelsen på lederen forblir ubrukt, den reduserer ikke motstanden, og det er rett og slett ingen vits i å øke tykkelsen på lederne. Spesielt ved høye frekvenser. Derfor, for vekselstrøm, måles motstand i slike seksjoner av ledere der hele seksjonen kan betraktes som nær overflaten. En slik ledning kalles tynn; dens tykkelse er lik to ganger dybden av dette overflatelaget, der virvelstrømmer fortrenger den nyttige hovedstrømmen som flyter i lederen.
Å redusere tykkelsen på runde ledninger tømmer selvfølgelig ikke den effektive ledningen av vekselstrøm. Lederen kan tynnes, men samtidig gjøres flat i form av et bånd, da vil tverrsnittet være høyere enn for en rund ledning, og følgelig vil motstanden være lavere. I tillegg vil en enkelt økning av overflatearealet ha effekten av å øke det effektive tverrsnittet. Det samme kan oppnås ved å bruke trådet tråd i stedet for enkeltkjernet, dessuten er trådet tråd mer fleksibel enn enkeltkjernet tråd, som ofte er verdifullt. På den annen side, med tanke på hudeffekten i ledninger, er det mulig å lage ledningene kompositt ved å lage kjernen av et metall som har gode styrkeegenskaper, for eksempel stål, men lave elektriske egenskaper. I dette tilfellet er det laget en aluminiumsfletting over stålet, som har en lavere resistivitet.
I tillegg til hudeffekten, påvirkes flyten av vekselstrøm i ledere av eksitering av virvelstrømmer i omkringliggende ledere. Slike strømmer kalles induksjonsstrømmer, og de induseres både i metaller som ikke spiller rollen som ledninger (bærende strukturelle elementer), og i ledningene til hele det ledende komplekset - spiller rollen som ledninger i andre faser, nøytrale , jording.
Alle disse fenomenene forekommer i alle elektriske strukturer, noe som gjør det enda viktigere å ha en omfattende referanse for et bredt utvalg av materialer.
Resistivitet for ledere måles med svært følsomme og presise instrumenter, siden metaller med den laveste motstanden er valgt for ledninger - i størrelsesorden ohm * 10-6 per meter lengde og kvm. mm. seksjoner. Å måle det samme resistivitet isolasjon krever enheter, tvert imot, som har områder med svært høye motstandsverdier - vanligvis megohm. Det er klart at ledere skal lede godt, og isolatorer skal isolere godt.
Bord
Jern som leder i elektroteknikk
Jern er det vanligste metallet i natur og teknologi (etter hydrogen, som også er et metall). Den er den billigste og har utmerkede styrkeegenskaper, så den brukes overalt som grunnlag for styrke. ulike design.
I elektroteknikk brukes jern som leder i form av fleksible ståltråder hvor fysisk styrke og fleksibilitet er nødvendig, og nødvendig motstand kan oppnås gjennom passende tverrsnitt.
Ved å ha en tabell over resistiviteter til forskjellige metaller og legeringer, kan du beregne tverrsnittet til ledninger laget av forskjellige ledere.
Som et eksempel, la oss prøve å finne det elektrisk ekvivalente tverrsnittet av ledere laget av forskjellige materialer: kobber, wolfram, nikkel og jerntråd. La oss ta aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm som den første.
Vi trenger at over en lengde på 1 m er motstanden til ledningen laget av alle disse metallene lik motstanden til den originale. Motstanden til aluminium per 1 m lengde og 2,5 mm seksjon vil være lik
, hvor R er motstanden, ρ er resistiviteten til metallet fra bordet, S er tverrsnittsarealet, L er lengden.Ved å erstatte de opprinnelige verdiene får vi motstanden til et meterlangt stykke aluminiumstråd i ohm.
Etter dette, la oss løse formelen for S
, vil vi erstatte verdiene fra tabellen og få tverrsnittsarealene for forskjellige metaller.
Siden resistiviteten i tabellen er målt på en ledning 1 m lang, i mikroohm per 1 mm2 seksjon, så fikk vi den i mikroohm. For å få den i ohm, må du multiplisere verdien med 10-6. Men vi trenger ikke nødvendigvis å få tallet ohm med 6 nuller etter desimaltegnet, siden vi fortsatt finner det endelige resultatet i mm2.
Som du kan se, er motstanden til jernet ganske høy, ledningen er tykk.
Men det er materialer som det er enda større for, for eksempel nikkel eller konstantan.
Lignende artikler:
domelectrik.ru
Tabell over elektrisk resistivitet til metaller og legeringer i elektroteknikk
Hjem > y >
Spesifikk motstand av metaller.
Spesifikk motstand av legeringer.
Verdiene er gitt ved en temperatur på t = 20° C. Motstandene til legeringene avhenger av deres nøyaktige sammensetning. kommentarer drevet av HyperCommentstab.wikimassa.org
Elektrisk resistivitet | Sveiseverden
Elektrisk resistivitet til materialer
Elektrisk resistivitet (resistivitet) er et stoffs evne til å hindre passasje av elektrisk strøm.
Måleenhet (SI) - Ohm m; også målt i Ohm cm og Ohm mm2/m.
| Metaller | ||
| Aluminium | 20 | 0,028·10-6 |
| Beryllium | 20 | 0,036·10-6 |
| Fosforbronse | 20 | 0,08·10-6 |
| Vanadium | 20 | 0,196·10-6 |
| Wolfram | 20 | 0,055·10-6 |
| Hafnium | 20 | 0,322·10-6 |
| Duralumin | 20 | 0,034·10-6 |
| Jern | 20 | 0,097 10-6 |
| Gull | 20 | 0,024·10-6 |
| Iridium | 20 | 0,063·10-6 |
| Kadmium | 20 | 0,076·10-6 |
| Kalium | 20 | 0,066·10-6 |
| Kalsium | 20 | 0,046·10-6 |
| Kobolt | 20 | 0,097 10-6 |
| Silisium | 27 | 0,58 10-4 |
| Messing | 20 | 0,075·10-6 |
| Magnesium | 20 | 0,045·10-6 |
| Mangan | 20 | 0,050·10-6 |
| Kobber | 20 | 0,017 10-6 |
| Magnesium | 20 | 0,054·10-6 |
| Molybden | 20 | 0,057 10-6 |
| Natrium | 20 | 0,047 10-6 |
| Nikkel | 20 | 0,073 10-6 |
| Niob | 20 | 0,152·10-6 |
| Tinn | 20 | 0,113·10-6 |
| Palladium | 20 | 0,107 10-6 |
| Platina | 20 | 0,110·10-6 |
| Rhodium | 20 | 0,047 10-6 |
| Merkur | 20 | 0,958 10-6 |
| Lede | 20 | 0,221·10-6 |
| Sølv | 20 | 0,016·10-6 |
| Stål | 20 | 0,12·10-6 |
| Tantal | 20 | 0,146·10-6 |
| Titanium | 20 | 0,54·10-6 |
| Krom | 20 | 0,131·10-6 |
| Sink | 20 | 0,061·10-6 |
| Zirkonium | 20 | 0,45·10-6 |
| Støpejern | 20 | 0,65·10-6 |
| Plast | ||
| Getinax | 20 | 109–1012 |
| Capron | 20 | 1010–1011 |
| Lavsan | 20 | 1014–1016 |
| Økologisk glass | 20 | 1011–1013 |
| isopor | 20 | 1011 |
| Polyvinylklorid | 20 | 1010–1012 |
| Polystyren | 20 | 1013–1015 |
| Polyetylen | 20 | 1015 |
| Glassfiber | 20 | 1011–1012 |
| Tekstolitt | 20 | 107–1010 |
| Celluloid | 20 | 109 |
| Ebonitt | 20 | 1012–1014 |
| Gummi | ||
| Gummi | 20 | 1011–1012 |
| Væsker | ||
| Transformatorolje | 20 | 1010–1013 |
| Gasser | ||
| Luft | 0 | 1015–1018 |
| Tre | ||
| Tørt treverk | 20 | 109–1010 |
| Mineraler | ||
| Kvarts | 230 | 109 |
| Glimmer | 20 | 1011–1015 |
| Ulike materialer | ||
| Glass | 20 | 109–1013 |
LITTERATUR
- Alfa og omega. Rask referanse/ Tallinn: Printest, 1991 – 448 s.
- Håndbok i elementær fysikk / N.N. Koshkin, M.G. Shirkevitsj. M., vitenskap. 1976. 256 s.
- Håndbok om sveising av ikke-jernholdige metaller / S.M. Gurevich. Kiev: Naukova Dumka. 1990. 512 s.
weldworld.ru
Resistivitet av metaller, elektrolytter og stoffer (tabell)
Resistivitet av metaller og isolatorer
Referansetabellen gir resistivitet p-verdier for noen metaller og isolatorer ved en temperatur på 18-20 ° C, uttrykt i ohm cm. Verdien av p for metaller avhenger sterkt av urenheter; tabellen viser verdiene av p for kjemisk rene metaller, og for isolatorer er de gitt omtrentlig. Metaller og isolatorer er ordnet i tabellen etter økende p-verdier.
Resistivitetstabell i metall
| Rene metaller | 104 ρ (ohm cm) | Rene metaller | 104 ρ (ohm cm) |
| Aluminium | |||
| Duralumin | |||
| Platinit 2) | |||
| Argentansk | |||
| Mangan | |||
| Manganin | |||
| Wolfram | Constantan | ||
| Molybden | Trelegering 3) | ||
| Legeringsrose 4) | |||
| Palladium | Fechral 6) | ||
Tabell over resistivitet til isolatorer
| Isolatorer | Isolatorer | ||
| Tørt treverk | |||
| Celluloid | |||
| kolofonium | |||
| Getinax | Kvarts _|_ akse | ||
| Brusglass | Polystyren | ||
| Pyrex glass | |||
| Kvarts || økser | |||
| Sammensmeltet kvarts |
Resistivitet av rene metaller ved lave temperaturer
Tabellen gir resistivitetsverdier (i ohm cm) for noen rene metaller ved lave temperaturer (0°C).
Motstandsforhold Rt/Rq for rene metaller ved temperaturer T ° K og 273 ° K.
Referansetabellen gir forholdet Rt/Rq mellom motstandene til rene metaller ved temperaturer T ° K og 273 ° K.
| Rene metaller | ||
| Aluminium | ||
| Wolfram | ||
| Molybden | ||
Spesifikk motstand av elektrolytter
Tabellen gir verdiene av resistiviteten til elektrolytter i ohm cm ved en temperatur på 18 ° C. Konsentrasjonen av løsninger er gitt i prosenter, som bestemmer antall gram vannfritt salt eller syre i 100 g løsning.
Informasjonskilde: KORT FYSISK OG TEKNISK VEILEDNING / Bind 1, - M.: 1960.
infotables.ru
Elektrisk resistivitet - stål
Side 1
Den elektriske resistiviteten til stål øker med økende temperatur, med de største endringene observert når det varmes opp til Curie-punkttemperaturen. Etter Curie-punktet endres den elektriske resistiviteten litt og forblir ved temperaturer over 1000 C praktisk talt konstant.
På grunn av den høye elektriske resistiviteten til stål, skaper disse iuKii en veldig stor nedgang i strømningsreduksjonen. I 100 A-kontaktorer er frafallstiden 0 07 sek, og i 600 A-kontaktorer - 0 23 sek. På grunn av spesielle krav krav til kontaktorer i KMV-serien, som er designet for å slå av og på elektromagnetene til oljebryterdrev, den elektromagnetiske mekanismen til disse kontaktorene tillater justering av aktiveringsspenningen og utløserspenningen ved å justere kraften til returfjæren og en spesiell pause -av våren. Kontaktorer av typen KMV skal operere med et dypt spenningsfall. Derfor kan minimum driftsspenning for disse kontaktorene falle til 65 % UH. Dette lav spenning drift fører til det faktum at ved nominell spenning flyter en strøm gjennom viklingen, noe som fører til økt oppvarming av spolen.
Silisiumadditivet øker den elektriske resistiviteten til stål nesten proporsjonalt med silisiuminnholdet og bidrar dermed til å redusere tap på grunn av virvelstrømmer som oppstår i stål når det opererer i et vekslende magnetfelt.
Silisiumadditivet øker den elektriske resistiviteten til stål, noe som bidrar til å redusere virvelstrømstap, men samtidig forverres silisium mekaniske egenskaper stål, gjør den sprø.
Ohm - mm2/m - elektrisk resistivitet av stål.
For å redusere virvelstrømmer brukes kjerner laget av stålkvaliteter med økt elektrisk resistivitet av stål, som inneholder 0 5 - 4 8% silisium.
For å gjøre dette ble en tynn skjerm laget av mykt magnetisk stål satt på en massiv rotor laget av den optimale SM-19-legeringen. Den elektriske resistiviteten til stål skiller seg lite fra resistiviteten til legeringen, og CG for stål er omtrent en størrelsesorden høyere. Skjermtykkelsen velges i henhold til inntrengningsdybden til førsteordens tannharmoniske og er lik 0 8 mm. Til sammenligning er de ekstra tapene, W, gitt for en grunnleggende ekorn-burrotor og en to-lags rotor med en massiv sylinder laget av SM-19-legering og med kobberenderinger.
Det viktigste magnetisk ledende materialet er platelegert elektrisk stål som inneholder fra 2 til 5 % silisium. Silisiumadditivet øker stålets elektriske resistivitet, som et resultat av at virvelstrømstapene reduseres, stålet blir motstandsdyktig mot oksidasjon og aldring, men blir sprøere. I i fjor Kaldvalset kornorientert stål med høyere magnetiske egenskaper i valseretningen er mye brukt. For å redusere tap fra virvelstrømmer er den magnetiske kjernen laget i form av en pakke satt sammen av plater av stemplet stål.
Elektrisk stål er lavkarbonstål. For å forbedre de magnetiske egenskapene blir silisium introdusert i det, noe som forårsaker en økning i stålets elektriske resistivitet. Dette fører til en reduksjon i virvelstrømstap.
Etter mekanisk behandling glødes den magnetiske kjernen. Siden hvirvelstrømmer i stål deltar i dannelsen av retardasjon, bør man fokusere på verdien av den elektriske resistiviteten til stål i størrelsesorden Pc (Iu-15) 10 - 6 ohm cm I den tiltrukket posisjonen til ankeret er den magnetiske systemet er ganske svært mettet, derfor svinger den innledende induksjonen i forskjellige magnetiske systemer innenfor svært små grenser og for stålkvalitet E Vn1 6 - 1 7 ch. Den angitte induksjonsverdien opprettholder feltstyrken i stålet i størrelsesorden Yang.
For fremstilling av magnetiske systemer (magnetiske kjerner) av transformatorer brukes spesielle tynnplate elektriske stål med høyt (opptil 5%) silisiuminnhold. Silisium fremmer avkarbonisering av stål, noe som fører til en økning i magnetisk permeabilitet, reduserer hysterese tap og øker dens elektriske resistivitet. Å øke den elektriske resistiviteten til stål gjør det mulig å redusere tap i det fra virvelstrømmer. I tillegg svekker silisium aldring av stål (økende tap i stål over tid), reduserer magnetostriksjonen (endringer i form og størrelse på en kropp under magnetisering) og følgelig støyen fra transformatorer. Samtidig øker tilstedeværelsen av silisium i stål dets sprøhet og gjør det vanskelig maskinering.
Sider: 1 2
www.ngpedia.ru
Resistivitet | Wikitronics wiki
Resistivitet er en egenskap ved et materiale som bestemmer dets evne til å lede elektrisitet. Definert som forholdet mellom det elektriske feltet og strømtettheten. I generell sak er en tensor, men for de fleste materialer som ikke viser anisotrope egenskaper, er den akseptert som en skalar mengde.
Betegnelse - ρ
$ \vec E = \rho \vec j, $
$ \vec E $ - elektrisk feltstyrke, $ \vec j $ - strømtetthet.
SI-måleenheten er ohm-måleren (ohm m, Ω m).
Resistivitetsmotstanden til en sylinder eller prisme (mellom endene) av et materiale med lengde l og seksjon S bestemmes som følger:
$ R = \frac(\rho l)(S). $
I teknologi brukes definisjonen av resistivitet som motstanden til en leder med enhetstverrsnitt og enhetslengde.
Resistivitet til noen materialer brukt i elektroteknikk Rediger
| sølv | 1,59·10⁻⁸ | 4,10·10⁻3 |
| kobber | 1,67·10⁻⁸ | 4,33·10⁻3 |
| gull | 2,35·10⁻⁸ | 3,98·10⁻3 |
| aluminium | 2,65·10⁻⁸ | 4,29·10⁻3 |
| wolfram | 5,65·10⁻⁸ | 4,83·10⁻3 |
| messing | 6,5·10⁻⁸ | 1,5·10⁻3 |
| nikkel | 6,84·10⁻⁸ | 6,75·10⁻3 |
| jern (α) | 9,7·10⁻⁸ | 6,57·10⁻3 |
| tinn grå | 1,01·10⁻⁷ | 4,63·10⁻3 |
| platina | 1,06·10⁻⁷ | 6,75·10⁻3 |
| hvit tinn | 1,1·10⁻⁷ | 4,63·10⁻3 |
| stål | 1,6·10⁻⁷ | 3,3·10⁻3 |
| lede | 2,06·10⁻⁷ | 4,22·10⁻3 |
| duralumin | 4,0·10⁻⁷ | 2,8·10⁻3 |
| manganin | 4,3·10⁻⁷ | ±2·10⁻⁵ |
| konstantan | 5,0·10⁻⁷ | ±3·10⁻⁵ |
| kvikksølv | 9,84·10⁻⁷ | 9,9·10⁻⁴ |
| nichrome 80/20 | 1,05·10⁻⁶ | 1,8·10⁻4 |
| Cantal A1 | 1,45·10⁻⁶ | 3·10⁻⁵ |
| karbon (diamant, grafitt) | 1,3·10⁻5 | |
| germanium | 4,6·10⁻1 | |
| silisium | 6,4·10² | |
| etanol | 3·10³ | |
| vann, destillert | 5·10³ | |
| ebonitt | 10⁸ | |
| hardt papir | 10¹⁰ | |
| transformatorolje | 10¹¹ | |
| vanlig glass | 5·10¹¹ | |
| polyvinyl | 10¹² | |
| porselen | 10¹² | |
| tre | 10¹² | |
| PTFE (teflon) | >10¹³ | |
| gummi | 5·10¹³ | |
| kvartsglass | 10¹⁴ | |
| vokspapir | 10¹⁴ | |
| polystyren | >10¹⁴ | |
| glimmer | 5·1014 | |
| parafin | 10¹⁵ | |
| polyetylen | 3·1015 | |
| akrylharpiks | 10¹⁹ |
en.electronics.wikia.com
Elektrisk resistivitet | formel, volumetrisk, tabell
Elektrisk resistivitet er fysisk mengde, som viser i hvilken grad et materiale kan motstå passasje av elektrisk strøm gjennom det. Noen mennesker kan bli forvirret denne egenskapen med vanlig elektrisk motstand. Til tross for likheten mellom konsepter, er forskjellen mellom dem at spesifikke refererer til stoffer, og det andre begrepet refererer utelukkende til ledere og avhenger av materialet i deres produksjon.
Den gjensidige verdien av dette materialet er den elektriske ledningsevnen. Jo høyere denne parameteren er, desto bedre flyter strømmen gjennom stoffet. Følgelig, jo høyere motstand, jo flere tap forventes det ved utgangen.
Beregningsformel og måleverdi
Med tanke på hvordan spesifikk elektrisk motstand måles, er det også mulig å spore forbindelsen med uspesifikke, siden enheter av Ohm m brukes til å betegne parameteren. Selve mengden er betegnet som ρ. Med denne verdien er det mulig å bestemme motstanden til et stoff i et bestemt tilfelle, basert på størrelsen. Denne måleenheten tilsvarer SI-systemet, men andre variasjoner kan forekomme. I teknologi kan du med jevne mellomrom se den utdaterte betegnelsen Ohm mm2/m. For å konvertere fra dette systemet til det internasjonale, trenger du ikke bruke komplekse formler, siden 1 Ohm mm2/m tilsvarer 10-6 Ohm m.
Formelen for elektrisk resistivitet er som følger:
R= (ρ l)/S, hvor:
- R - ledermotstand;
- Ρ – materialets resistivitet;
- l - lederlengde;
- S – ledertverrsnitt.
Temperaturavhengighet
Elektrisk resistivitet avhenger av temperaturen. Men alle grupper av stoffer manifesterer seg forskjellig når det endrer seg. Dette må tas i betraktning ved beregning av ledninger som vil fungere under visse forhold. For eksempel, på gaten, der temperaturverdier avhenger av årstiden, er de nødvendige materialene mindre utsatt for endringer i området fra -30 til +30 grader Celsius. Hvis du planlegger å bruke det i utstyr som vil fungere under de samme forholdene, må du også optimalisere ledningene for spesifikke parametere. Materialet velges alltid med hensyn til bruken.
I den nominelle tabellen er elektrisk resistivitet tatt ved en temperatur på 0 grader Celsius. Økningen i indikatorene for denne parameteren når materialet varmes opp skyldes det faktum at intensiteten av bevegelsen av atomer i stoffet begynner å øke. Transportører elektriske ladninger spres tilfeldig i alle retninger, noe som fører til etablering av hindringer for bevegelse av partikler. Mengden elektrisk strøm avtar.
Når temperaturen synker, blir forholdene for strømflyt bedre. Ved å nå en viss temperatur, som vil være forskjellig for hvert metall, vises superledning, hvor den aktuelle karakteristikken nesten når null.
Forskjeller i parametere når noen ganger veldig store verdier. De materialene som har høy ytelse kan brukes som isolatorer. De bidrar til å beskytte ledninger mot kortslutninger og utilsiktet menneskelig kontakt. Noen stoffer er generelt ikke aktuelt for elektroteknikk hvis de har Høy verdi denne parameteren. Andre egenskaper kan forstyrre dette. For eksempel vil den elektriske ledningsevnen til vann ikke ha av stor betydning for dette området. Her er verdiene til noen stoffer med høye indikatorer.
| Materialer med høy resistivitet | ρ (Ohm m) |
| Bakelitt | 1016 |
| Benzen | 1015...1016 |
| Papir | 1015 |
| Destillert vann | 104 |
| Sjøvann | 0.3 |
| Tørt treverk | 1012 |
| Bakken er våt | 102 |
| Kvartsglass | 1016 |
| Parafin | 1011 |
| Marmor | 108 |
| Parafin | 1015 |
| Parafinolje | 1014 |
| Plexiglass | 1013 |
| Polystyren | 1016 |
| Polyvinylklorid | 1013 |
| Polyetylen | 1012 |
| Silikonolje | 1013 |
| Glimmer | 1014 |
| Glass | 1011 |
| Transformatorolje | 1010 |
| Porselen | 1014 |
| Skifer | 1014 |
| Ebonitt | 1016 |
| Rav | 1018 |
Stoffer med lav ytelse brukes mer aktivt i elektroteknikk. Dette er ofte metaller som fungerer som ledere. Det er også mange forskjeller mellom dem. For å finne ut den elektriske resistiviteten til kobber eller andre materialer, er det verdt å se på referansetabellen.
| Materialer med lav resistivitet | ρ (Ohm m) |
| Aluminium | 2,7·10-8 |
| Wolfram | 5,5·10-8 |
| Grafitt | 8,0·10-6 |
| Jern | 1,0·10-7 |
| Gull | 2,2·10-8 |
| Iridium | 4,74·10-8 |
| Constantan | 5,0·10-7 |
| Støpt stål | 1,3·10-7 |
| Magnesium | 4,4·10-8 |
| Manganin | 4,3·10-7 |
| Kobber | 1,72·10-8 |
| Molybden | 5,4·10-8 |
| Nikkel sølv | 3,3·10-7 |
| Nikkel | 8,7 10-8 |
| Nichrome | 1.12·10-6 |
| Tinn | 1,2·10-7 |
| Platina | 1,07 10-7 |
| Merkur | 9,6·10-7 |
| Lede | 2.08·10-7 |
| Sølv | 1,6·10-8 |
| Grått støpejern | 1,0·10-6 |
| Karbonbørster | 4,0·10-5 |
| Sink | 5,9·10-8 |
| Nikelin | 0,4·10-6 |
Spesifikk volumetrisk elektrisk resistivitet
Denne parameteren karakteriserer evnen til å føre strøm gjennom volumet til et stoff. For å måle er det nødvendig å påføre et spenningspotensial fra forskjellige sider av materialet som produktet skal inkluderes i den elektriske kretsen fra. Den leveres med strøm med nominelle parametere. Etter bestått måles utdataene.
Bruk i elektroteknikk
Endring av parameter når forskjellige temperaturer mye brukt i elektroteknikk. Mest enkelt eksempel er en glødelampe som bruker en nikrom glødetråd. Når den varmes opp, begynner den å lyse. Når strømmen går gjennom den, begynner den å varmes opp. Når oppvarmingen øker, øker også motstanden. Følgelig er den innledende strømmen som var nødvendig for å oppnå belysning begrenset. En nikromspiral, ved hjelp av samme prinsipp, kan bli en regulator på forskjellige enheter.
Utbredt bruk har også påvirket edle metaller hvem har passende egenskaper for elektroteknikk. For kritiske kretser som krever høy hastighet, velges sølvkontakter. De er dyre, men gitt den relativt lille mengden materialer, er bruken ganske berettiget. Kobber er dårligere enn sølv i ledningsevne, men har en rimeligere pris, og det er grunnen til at det oftere brukes til å lage ledninger.
Under forhold hvor maksimal bruk kan gjøres lave temperaturer, superledere brukes. Til romtemperatur og de er ikke alltid egnet for utendørs bruk, siden når temperaturen stiger vil deres ledningsevne begynne å falle, så for slike forhold forblir aluminium, kobber og sølv lederne.
I praksis tas mange parametere i betraktning og dette er en av de viktigste. Alle beregninger utføres på designstadiet, hvor referansematerialer brukes.
Derfor er det viktig å kjenne parametrene til alle elementer og materialer som brukes. Og ikke bare elektrisk, men også mekanisk. Og ha til disposisjon noen praktiske referansematerialer som lar deg sammenligne egenskapene til forskjellige materialer og velge for design og arbeid akkurat det som vil være optimalt i en bestemt situasjon.
I energioverføringslinjer, hvor målet er å levere energi til forbrukeren på den mest produktive måten, det vil si med høy effektivitet, tas både tapsøkonomien og selve ledningenes mekanikk i betraktning. Den endelige økonomiske effektiviteten til linjen avhenger av mekanikken - det vil si enheten og arrangementet av ledere, isolatorer, støtter, step-up/step-down transformatorer, vekten og styrken til alle strukturer, inkludert ledninger strukket over lange avstander, samt materialene som er valgt for hvert konstruksjonselement. , dets arbeid og driftskostnader. I tillegg er det i ledninger som overfører elektrisitet, høyere krav for å sikre sikkerheten til både ledningene selv og alt rundt dem der de passerer. Og dette legger til kostnader både for å levere strømledninger og for en ekstra sikkerhetsmargin for alle strukturer.
For sammenligning reduseres data vanligvis til en enkelt, sammenlignbar form. Ofte legges tilnavnet "spesifikk" til slike egenskaper, og verdiene i seg selv vurderes basert på visse standarder forent av fysiske parametere. For eksempel er elektrisk resistivitet motstanden (ohm) til en leder laget av noe metall (kobber, aluminium, stål, wolfram, gull) som har en lengdeenhet og et enhetstverrsnitt i systemet med måleenheter som brukes (vanligvis SI) ). I tillegg er temperaturen spesifisert, siden ved oppvarming kan motstanden til lederne oppføre seg annerledes. Normale gjennomsnittlige driftsforhold legges til grunn - ved 20 grader Celsius. Og der egenskaper er viktige ved endring av miljøparametere (temperatur, trykk), introduseres koeffisienter og tilleggstabeller og avhengighetsgrafer kompileres.
Typer av resistivitet
Siden motstand skjer:
- aktiv - eller ohmsk, resistiv - som følge av forbruk av elektrisitet på oppvarming av lederen (metallet) når en elektrisk strøm passerer gjennom den, og
- reaktiv - kapasitiv eller induktiv - som oppstår fra uunngåelige tap på grunn av dannelsen av endringer i strømmen som går gjennom lederen av elektriske felt, så kommer lederens resistivitet i to varianter:
- Spesifikk elektrisk motstand mot likestrøm (som har en resistiv natur) og
- Spesifikk elektrisk motstand mot vekselstrøm (har reaktiv karakter).
Her er type 2-resistivitet en kompleks verdi; den består av to TC-komponenter - aktiv og reaktiv, siden resistiv motstand alltid eksisterer når strømmen passerer, uavhengig av dens natur, og reaktiv motstand oppstår bare med noen endring i strømmen i kretsene. I DC-kretser oppstår reaktans bare under forbigående prosesser som er forbundet med å slå på strømmen (endring i strøm fra 0 til nominell) eller slå av (forskjell fra nominell til 0). Og de blir vanligvis bare tatt i betraktning ved utforming av overbelastningsbeskyttelse.
I vekselstrømkretser er fenomenene knyttet til reaktans mye mer varierte. De avhenger ikke bare av den faktiske passasjen av strøm gjennom et visst tverrsnitt, men også av lederens form, og avhengigheten er ikke lineær.
Faktum er at vekselstrøm induserer et elektrisk felt både rundt lederen den strømmer gjennom og i selve lederen. Og fra dette feltet oppstår det virvelstrømmer, som gir effekten av å "skyve" den faktiske hovedbevegelsen av ladninger, fra dypet av hele tverrsnittet av lederen til overflaten, den såkalte "hudeffekten" (fra hud - hud). Det viser seg at virvelstrømmer ser ut til å "stjele" tverrsnittet fra lederen. Strømmen flyter i et bestemt lag nær overflaten, den gjenværende tykkelsen på lederen forblir ubrukt, den reduserer ikke motstanden, og det er rett og slett ingen vits i å øke tykkelsen på lederne. Spesielt ved høye frekvenser. Derfor, for vekselstrøm, måles motstand i slike seksjoner av ledere der hele seksjonen kan betraktes som nær overflaten. En slik ledning kalles tynn; dens tykkelse er lik to ganger dybden av dette overflatelaget, der virvelstrømmer fortrenger den nyttige hovedstrømmen som flyter i lederen.
Å redusere tykkelsen på runde ledninger tømmer selvfølgelig ikke den effektive ledningen av vekselstrøm. Lederen kan tynnes, men samtidig gjøres flat i form av et bånd, da vil tverrsnittet være høyere enn for en rund ledning, og følgelig vil motstanden være lavere. I tillegg vil en enkelt økning av overflatearealet ha effekten av å øke det effektive tverrsnittet. Det samme kan oppnås ved å bruke trådet tråd i stedet for enkeltkjernet, dessuten er trådet tråd mer fleksibel enn enkeltkjernet tråd, som ofte er verdifullt. På den annen side, med tanke på hudeffekten i ledninger, er det mulig å lage ledningene kompositt ved å lage kjernen av et metall som har gode styrkeegenskaper, for eksempel stål, men lave elektriske egenskaper. I dette tilfellet er det laget en aluminiumsfletting over stålet, som har en lavere resistivitet.
I tillegg til hudeffekten, påvirkes flyten av vekselstrøm i ledere av eksitering av virvelstrømmer i omkringliggende ledere. Slike strømmer kalles induksjonsstrømmer, og de induseres både i metaller som ikke spiller rollen som ledninger (bærende strukturelle elementer), og i ledningene til hele det ledende komplekset - spiller rollen som ledninger i andre faser, nøytrale , jording.
Alle disse fenomenene forekommer i alle elektriske strukturer, noe som gjør det enda viktigere å ha en omfattende referanse for et bredt utvalg av materialer.
Resistiviteten for ledere måles med svært følsomme og presise instrumenter, siden metaller med den laveste motstanden er valgt for kabling - i størrelsesorden ohm * 10 -6 per meter lengde og kvm. mm. seksjoner. For å måle isolasjonsresistivitet trenger du instrumenter, tvert imot, som har områder med svært store motstandsverdier - vanligvis megohm. Det er klart at ledere skal lede godt, og isolatorer skal isolere godt.
Bord
| Tabell over resistivitet til ledere (metaller og legeringer) |
||||
| Ledermateriale | Sammensetning (for legeringer) | Resistivitet ρ mΩ × mm 2/m |
||
| kobber, sink, tinn, nikkel, bly, mangan, jern, etc. | ||||
| Aluminium | ||||
| Wolfram | ||||
| Molybden | ||||
| kobber, tinn, aluminium, silisium, beryllium, bly, etc. (unntatt sink) | ||||
| jern, karbon | ||||
| kobber, nikkel, sink | ||||
| Manganin | kobber, nikkel, mangan | |||
| Constantan | kobber, nikkel, aluminium | |||
| nikkel, krom, jern, mangan | ||||
| jern, krom, aluminium, silisium, mangan | ||||
Jern som leder i elektroteknikk
Jern er det vanligste metallet i natur og teknologi (etter hydrogen, som også er et metall). Det er det billigste og har utmerkede styrkeegenskaper, derfor brukes det overalt som grunnlag for styrken til forskjellige strukturer.
I elektroteknikk brukes jern som leder i form av fleksible ståltråder hvor fysisk styrke og fleksibilitet er nødvendig, og nødvendig motstand kan oppnås gjennom passende tverrsnitt.
Ved å ha en tabell over resistiviteter til forskjellige metaller og legeringer, kan du beregne tverrsnittet til ledninger laget av forskjellige ledere.
Som et eksempel, la oss prøve å finne det elektrisk ekvivalente tverrsnittet av ledere laget av forskjellige materialer: kobber, wolfram, nikkel og jerntråd. La oss ta aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm som den første.
Vi trenger at over en lengde på 1 m er motstanden til ledningen laget av alle disse metallene lik motstanden til den originale. Motstanden til aluminium per 1 m lengde og 2,5 mm seksjon vil være lik
Hvor R- motstand, ρ – motstanden til metallet fra bordet, S- tverrsnittsareal, L- lengde.
Ved å erstatte de opprinnelige verdiene får vi motstanden til et meterlangt stykke aluminiumstråd i ohm.
Etter dette, la oss løse formelen for S
Vi vil erstatte verdiene fra tabellen og få tverrsnittsarealer for forskjellige metaller.
Siden resistiviteten i tabellen er målt på en ledning 1 m lang, i mikroohm per 1 mm 2 seksjon, så fikk vi den i mikroohm. For å få den i ohm, må du multiplisere verdien med 10 -6. Men vi trenger ikke nødvendigvis å få tallet ohm med 6 nuller etter desimaltegnet, siden vi fortsatt finner det endelige resultatet i mm2.
Som du kan se, er motstanden til jernet ganske høy, ledningen er tykk.
Men det er materialer som det er enda større for, for eksempel nikkel eller konstantan.
Når lukket elektrisk krets, ved terminalene som det er en potensialforskjell, oppstår en elektrisk strøm. Frie elektroner, under påvirkning av elektriske feltkrefter, beveger seg langs lederen. I deres bevegelse kolliderer elektroner med atomene til lederen og gir dem en tilførsel av deres kinetisk energi. Hastigheten på elektronbevegelsen endres kontinuerlig: når elektroner kolliderer med atomer, molekyler og andre elektroner, avtar den, og under påvirkning av et elektrisk felt øker den og avtar igjen under en ny kollisjon. Som et resultat etableres en jevn strøm av elektroner i lederen med en hastighet på flere brøkdeler av en centimeter per sekund. Følgelig møter elektroner som passerer gjennom en leder alltid motstand mot deres bevegelse fra sin side. Når elektrisk strøm går gjennom en leder, varmes denne opp.
Elektrisk motstand
Den elektriske motstanden til en leder, som er utpekt latinsk bokstav r, er egenskapen til en kropp eller et medium for å transformere elektrisk energi til varme når en elektrisk strøm går gjennom den.
I diagrammene er elektrisk motstand indikert som vist i figur 1, EN.
Variabel elektrisk motstand, som tjener til å endre strømmen i en krets, kalles reostat. I diagrammene er reostater betegnet som vist i figur 1, b. I generelt syn En reostat er laget av en ledning av en eller annen motstand, viklet på en isolerende base. Skyve- eller reostatspaken er plassert i en bestemt posisjon, som et resultat av at den nødvendige motstanden blir introdusert i kretsen.
En lang leder med lite tverrsnitt skaper stor motstand mot strøm. Korte ledere med stort tverrsnitt gir liten motstand mot strøm.
Hvis du tar to ledere fra forskjellige materialer, men samme lengde og tverrsnitt, vil lederne lede strøm ulikt. Dette viser at motstanden til en leder avhenger av materialet til selve lederen.
Temperaturen på lederen påvirker også motstanden. Når temperaturen øker, øker motstanden til metaller, og motstanden til væsker og kull avtar. Bare noen spesielle metalllegeringer (manganin, konstantan, nikkel og andre) endrer knapt motstanden med økende temperatur.
Så vi ser at den elektriske motstanden til en leder avhenger av: 1) lengden på lederen, 2) lederens tverrsnitt, 3) lederens materiale, 4) lederens temperatur.
Motstandsenheten er en ohm. Om er ofte representert med den greske store bokstaven Ω (omega). Derfor, i stedet for å skrive "Ledermotstanden er 15 ohm", kan du ganske enkelt skrive: r= 15 Ω.
1000 ohm kalles 1 kiloohm(1kOhm eller 1kΩ),
1 000 000 ohm kalles 1 megaohm(1 mOhm eller 1 MΩ).
Når man sammenligner motstanden til ledere fra ulike materialer Det er nødvendig å ta en viss lengde og tverrsnitt for hver prøve. Da vil vi kunne bedømme hvilket materiale som leder elektrisk strøm bedre eller dårligere.
Video 1. Ledermotstand
Elektrisk resistivitet
Motstanden i ohm til en leder 1 m lang, med et tverrsnitt på 1 mm² kalles resistivitet og er utpekt Gresk bokstav ρ (ro).
Tabell 1 viser resistivitetene til noen ledere.
Tabell 1
Resistiviteter til forskjellige ledere
Tabellen viser at en jerntråd med en lengde på 1 m og et tverrsnitt på 1 mm² har en motstand på 0,13 Ohm. For å få 1 Ohm motstand må du ta 7,7 m slik ledning. Sølv har den laveste resistiviteten. 1 Ohm motstand kan oppnås ved å ta 62,5 m sølvtråd med et tverrsnitt på 1 mm². Sølv er den beste lederen, men prisen på sølv utelukker muligheten for det masseapplikasjon. Etter sølv i tabellen kommer kobber: 1 m kobbertråd med et tverrsnitt på 1 mm² har en motstand på 0,0175 Ohm. For å få en motstand på 1 ohm, må du ta 57 m av en slik ledning.
Kjemisk rent kobber, oppnådd ved raffinering, har funnet utbredt bruk i elektroteknikk for fremstilling av ledninger, kabler, viklinger av elektriske maskiner og enheter. Aluminium og jern er også mye brukt som ledere.
Ledermotstanden kan bestemmes av formelen:
Hvor r– ledermotstand i ohm; ρ - spesifikk motstand til lederen; l– lederlengde i m; S– ledertverrsnitt i mm².
Eksempel 1. Bestem motstanden til 200 m jerntråd med et tverrsnitt på 5 mm².
Eksempel 2. Beregn motstanden til 2 km aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm².
Fra motstandsformelen kan du enkelt bestemme lengden, resistiviteten og tverrsnittet til lederen.
Eksempel 3. For en radiomottaker er det nødvendig å vikle en 30 Ohm motstand fra nikkeltråd med et tverrsnitt på 0,21 mm². Bestem ønsket ledningslengde.
Eksempel 4. Bestem tverrsnittet av 20 m nikromtråd hvis motstanden er 25 ohm.
Eksempel 5. En ledning med et tverrsnitt på 0,5 mm² og en lengde på 40 m har en motstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.
Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet.
Basert på resistivitetstabellen finner vi at bly har denne motstanden.
Det ble nevnt ovenfor at motstanden til ledere avhenger av temperatur. La oss gjøre følgende eksperiment. La oss vikle flere meter tynn metalltråd i form av en spiral og koble denne spiralen til batterikretsen. For å måle strøm kobler vi et amperemeter til kretsen. Når spolen varmes opp i brennerflammen, vil du merke at amperemeteravlesningene vil avta. Dette viser at motstanden til en metalltråd øker med oppvarming.
For noen metaller, når de varmes opp med 100°, øker motstanden med 40–50 %. Det er legeringer som endrer motstanden litt med oppvarming. Noen spesiallegeringer viser praktisk talt ingen endring i motstand når temperaturen endres. Motstanden til metallledere øker med økende temperatur, mens motstanden til elektrolytter (flytende ledere), kull og noen faste stoffer, tvert imot, avtar.
Metallers evne til å endre motstanden med endringer i temperaturen brukes til å konstruere motstandstermometre. Dette termometeret er en platinatråd viklet på en glimmerramme. Ved å plassere et termometer for eksempel i en ovn og måle motstanden til platinatråden før og etter oppvarming, kan temperaturen i ovnen bestemmes.
Endringen i motstanden til en leder når den varmes opp per 1 ohm startmotstand og per 1° temperatur kalles temperaturkoeffisient for motstand og er betegnet med bokstaven α.
Hvis ved temperatur t 0 ledermotstand er r 0 , og ved temperatur t er lik r t, deretter temperaturkoeffisienten for motstand
Merk. Beregning med denne formelen kan bare gjøres i et visst temperaturområde (opptil ca. 200°C).
Vi presenterer verdiene for temperaturkoeffisienten for motstand α for noen metaller (tabell 2).
tabell 2
Temperaturkoeffisientverdier for noen metaller
Fra formelen for temperaturkoeffisienten av motstand bestemmer vi r t:
r t = r 0 .
Eksempel 6. Bestem motstanden til en jerntråd oppvarmet til 200 °C hvis motstanden ved 0 °C var 100 ohm.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
Eksempel 7. Et motstandstermometer laget av platinatråd hadde en motstand på 20 ohm i et rom ved 15°C. Termometeret ble plassert i ovnen og etter en tid ble motstanden målt. Det viste seg å være lik 29,6 Ohm. Bestem temperaturen i ovnen.
Elektrisk Strømføringsevne
Så langt har vi betraktet motstanden til en leder som hindringen som lederen gir for den elektriske strømmen. Men likevel flyter strømmen gjennom lederen. Derfor, i tillegg til motstand (hinder), har lederen også evnen til å lede elektrisk strøm, det vil si ledningsevne.
Jo mer motstand en leder har, jo mindre ledningsevne har den, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere motstand en leder har, jo mer ledningsevne den har, jo lettere er det for strøm å passere gjennom lederen. Derfor er motstanden og ledningsevnen til en leder gjensidige størrelser.
Fra matematikken er det kjent at inversen til 5 er 1/5 og omvendt er inversen av 1/7 7. Derfor, hvis motstanden til en leder er angitt med bokstaven r, så er ledningsevnen definert som 1/ r. Konduktivitet er vanligvis symbolisert med bokstaven g.
Elektrisk ledningsevne måles i (1/Ohm) eller i siemens.
Eksempel 8. Ledermotstanden er 20 ohm. Bestem dens ledningsevne.
Hvis r= 20 Ohm, da
Eksempel 9. Lederens ledningsevne er 0,1 (1/Ohm). Bestem dens motstand
Hvis g = 0,1 (1/Ohm), da r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
Elektrisk motstand er hovedkarakteristikken til ledermaterialer. Avhengig av lederens bruksområde, kan verdien av motstanden være både positiv og negativ rolle i funksjonen til det elektriske systemet. Det kan også være nødvendig å ta hensyn til særegenhetene ved å bruke en leder tilleggsegenskaper, hvis innflytelse i et bestemt tilfelle ikke kan neglisjeres.
Ledere er rene metaller og deres legeringer. I et metall har atomer festet i en enkelt "sterk" struktur frie elektroner (den såkalte "elektrongassen"). Det er disse partiklene som i dette tilfellet er ladningsbærerne. Elektroner er i konstant, tilfeldig bevegelse fra ett atom til et annet. Når et elektrisk felt vises (kobler en spenningskilde til endene av metallet), blir bevegelsen av elektroner i lederen ordnet. Bevegelige elektroner møter hindringer på veien forårsaket av særegenhetene til lederens molekylære struktur. Når de kolliderer med en struktur, mister ladningsbærere energien, og gir den til lederen (varmer den). Jo flere hindringer en ledende struktur skaper for å lade bærere, jo høyere motstand.
Når tverrsnittet av den ledende strukturen øker for ett antall elektroner, vil "overføringskanalen" bli bredere og motstanden vil avta. Følgelig, når lengden på ledningen øker, vil det være flere slike hindringer og motstanden vil øke.
Dermed inkluderer den grunnleggende formelen for beregning av motstand lengden på ledningen, tverrsnittsarealet og en viss koeffisient som relaterer disse dimensjonale egenskapene til de elektriske mengdene av spenning og strøm (1). Denne koeffisienten kalles resistivitet.
R= r*L/S (1)
Resistivitet
Resistiviteten er uendret og er en egenskap til stoffet som lederen er laget av. Måleenheter r - ohm*m. Ofte er resistivitetsverdien gitt i ohm*mm sq./m. Dette skyldes det faktum at tverrsnittsarealet til de mest brukte kablene er relativt lite og måles i mm2. La oss gi et enkelt eksempel.
Oppgave nr. 1. Kobbertrådlengde L = 20 m, tverrsnitt S = 1,5 mm. sq. Beregn ledningens motstand.
Løsning: resistivitet til kobbertråd r = 0,018 ohm*mm. kvm/m. Ved å erstatte verdiene i formel (1) får vi R=0,24 ohm.
Når du beregner motstanden til kraftsystemet, må motstanden til en ledning multipliseres med antall ledninger.
Hvis du i stedet for kobber bruker aluminium med høyere resistivitet (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), vil motstanden til ledningene øke tilsvarende. For eksempelet ovenfor vil motstanden være R = 0,373 ohm (55 % mer). Kobber og aluminium er hovedmaterialene for ledninger. Det finnes metaller med lavere resistivitet enn kobber, for eksempel sølv. Imidlertid er bruken begrenset på grunn av den åpenbare høye kostnaden. Tabellen nedenfor viser motstanden og andre grunnleggende egenskaper til ledermaterialer.
Tabell - hovedegenskaper til ledere
Varmetap av ledninger
Hvis en belastning på 2,2 kW kobles til et enfaset 220 V-nett ved bruk av kabelen fra eksemplet ovenfor, vil strøm I = P / U eller I = 2200/220 = 10 A strømme gjennom ledningen. beregne effekttap i lederen:
Ppr=(I^2)*R (2)
Eksempel nr. 2. Beregn aktive tap ved overføring av effekt på 2,2 kW i et nett med en spenning på 220 V for nevnte ledning.
Løsning: erstatter verdiene for strøm og trådmotstand i formel (2), får vi Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Således, når du overfører energi fra nettverket til lasten, vil tap i ledningene være litt mer enn 2%. Denne energien omdannes til varme generert av lederen i miljø. I henhold til oppvarmingstilstanden til lederen (i henhold til gjeldende verdi), er tverrsnittet valgt, styrt av spesielle tabeller.
For eksempel, for lederen ovenfor, er den maksimale strømmen 19 A eller 4,1 kW i et 220 V-nettverk.
For å redusere aktive tap i kraftledninger brukes økt spenning. Samtidig avtar strømmen i ledningene, tapene faller.
Effekt av temperatur
En økning i temperatur fører til en økning i vibrasjoner av metallkrystallgitteret. Følgelig møtes elektroner stor kvantitet hindringer, noe som fører til økt motstand. Størrelsen på "følsomheten" til metallmotstanden for en temperaturøkning kalles temperaturkoeffisienten α. Formelen for å beregne temperatur er som følger
R=Rн*, (3)
hvor Rн – ledningsmotstand under normale forhold (ved temperatur t°н); t° er temperaturen på lederen.
Vanligvis t°n = 20° C. Verdien av α er også angitt for temperatur t°n.
Oppgave 4. Beregn motstanden til en kobbertråd ved en temperatur t° = 90° C. α kobber = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (oppgave 1).
Løsning: ved å erstatte verdiene i formel (3) får vi R = 0,312 Ohm. Motstanden til den oppvarmede ledningen som analyseres er 30 % større enn motstanden ved romtemperatur.
Effekt av frekvens
Når frekvensen av strømmen i lederen øker, oppstår prosessen med å forskyve ladninger nærmere overflaten. Som et resultat av en økning i konsentrasjonen av ladninger i overflatelaget, øker også motstanden til ledningen. Denne prosessen kalles "hudeffekten" eller overflateeffekten. Hudkoeffisient– effekten avhenger også av størrelsen og formen på ledningen. For eksempelet ovenfor, ved en AC-frekvens på 20 kHz, vil ledningsmotstanden øke med omtrent 10 %. Merk at høyfrekvente komponenter kan ha det nåværende signalet til mange moderne industrielle og husholdningsforbrukere (energisparende lamper, bytte strømforsyninger, frekvensomformere og så videre).
Påvirkning av nabokonduktører
Det er et magnetfelt rundt enhver leder som strøm flyter gjennom. Samspillet mellom feltene til naboledere forårsaker også energitap og kalles "nærhetseffekten". Vær også oppmerksom på at enhver metallleder har induktans skapt av den ledende kjernen og kapasitans skapt av isolasjonen. Disse parameterne er også preget av nærhetseffekten.
Teknologier
Høyspentledninger med null motstand
Denne typen ledning er mye brukt i biltenningssystemer. Motstanden til høyspentledninger er ganske lav og utgjør flere brøkdeler av en ohm per meter lengde. La oss minne deg på at motstand av denne størrelsesorden ikke kan måles med et ohmmeter. generell bruk. Ofte brukes målebroer til oppgaven med å måle lave motstander.
Strukturelt har slike ledninger et stort nummer av kobberledere med isolasjon basert på silikon, plast eller andre dielektriske stoffer. Det særegne ved bruken av slike ledninger er ikke bare driften ved høy spenning, men også overføringen av energi på kort tid (pulsmodus).
Bimetallkabel
Hovedanvendelsesområdet for de nevnte kablene er overføring av høyfrekvente signaler. Kjernen av ledningen er laget av en type metall, hvis overflate er belagt med en annen type metall. Siden ved høye frekvenser kun overflatelaget til lederen er ledende, er det mulig å erstatte innsiden av ledningen. Dette sparer kostbart materiale og forbedrer ledningens mekaniske egenskaper. Eksempler på slike ledninger: sølvbelagt kobber, kobberbelagt stål.
Konklusjon
Trådmotstand er en verdi som avhenger av en gruppe faktorer: ledertype, temperatur, strømfrekvens, geometriske parametere. Betydningen av påvirkningen av disse parameterne avhenger av driftsforholdene til ledningen. Optimaliseringskriterier, avhengig av oppgavene for ledninger, kan være: reduksjon av aktive tap, forbedring mekaniske egenskaper, prisfall.
Kobbermotstanden endres med temperaturen, men først må du bestemme om du sikter til den elektriske resistiviteten til lederne (ohmsk motstand), som er viktig for likestrøm over Ethernet, eller vi snakker om om signaler i dataoverføringsnettverk, og så snakker vi om innsettingstap under forplantningen av en elektromagnetisk bølge i et tvunnet parmedium og avhengigheten av dempning av temperatur (og frekvens, som ikke er mindre viktig).
Kobberresistivitet
I internasjonalt system SI måler resistiviteten til ledere i Ohm∙m. I IT-feltet brukes ikke-systemdimensjonen Ohm∙mm 2 /m oftere, noe som er mer praktisk for beregninger, siden ledertverrsnitt vanligvis er angitt i mm 2. Verdien 1 Ohm∙mm 2 /m er en million ganger mindre enn 1 Ohm∙m og karakteriserer resistiviteten til et stoff, en homogen leder hvorav 1 m lang og med et tverrsnittsareal på 1 mm 2 gir en motstand på 1 Ohm.
Resistiviteten til rent elektrisk kobber ved 20°C er 0,0172 Ohm∙mm 2 /m. I ulike kilder du kan finne verdier opp til 0,018 Ohm∙mm 2 /m, som også kan gjelde elektrisk kobber. Verdiene varierer avhengig av behandlingen som materialet utsettes for. For eksempel, gløding etter tegning ("tegning") reduserer ledningen motstanden til kobber med flere prosent, selv om det utføres primært for å endre mekaniske snarere enn elektriske egenskaper.
Kobberresistivitet har direkte implikasjoner for Power over Ethernet-applikasjoner. Bare en del av den opprinnelige likestrømmen injisert inn i lederen vil nå den fjerneste enden av lederen - noe tap underveis er uunngåelig. For eksempel, PoE Type 1 krever at av 15,4 W levert av kilden, når minst 12,95 W den drevne enheten i den andre enden.
Resistiviteten til kobber varierer med temperaturen, men for IT-temperaturer er endringene små. Endringen i resistivitet beregnes ved å bruke formlene:
AR = αR ΔT
R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
der ΔR er endringen i resistivitet, R er resistiviteten ved en temperatur tatt som basisnivå (vanligvis 20°C), ΔT er temperaturgradienten, α er temperaturkoeffisienten for resistivitet for et gitt materiale (dimensjon °C -1 ). I området fra 0 °C til 100 °C aksepteres en temperaturkoeffisient på 0,004 °C -1 for kobber. La oss beregne resistiviteten til kobber ved 60°C.
R 60 °C = R 20 °C (1 + α (60 °C - 20 °C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm 2 /m
Resistiviteten økte med 16 % med en økning i temperaturen med 40°C. Når du bruker kabelsystemer, skal det tvunnede paret selvfølgelig ikke være i høye temperaturer, bør dette ikke tillates. Når riktig utformet og installert system temperaturen på kablene skiller seg lite fra de vanlige 20°C, og da vil endringen i resistivitet være liten. I henhold til telekommunikasjonsstandarder bør motstanden til en 100 m kobberleder i en kategori 5e eller 6 tvunnet par kabel ikke overstige 9,38 ohm ved 20°C. I praksis passer produsenter inn i denne verdien med en margin, så selv ved temperaturer på 25 °C ÷ 30 °C overskrider ikke motstanden til kobberlederen denne verdien.
Twisted Pair-signaldemping / innsettingstap
Når en elektromagnetisk bølge forplanter seg gjennom en tvunnet kobberkabel, spres en del av energien langs banen fra den nærmeste enden til den fjerne enden. Jo høyere kabeltemperatur, jo mer demper signalet. Ved høye frekvenser er dempningen større enn ved lave frekvenser, og mer høye kategorier tillatte grenser strengere ved testing av innsettingstap. Samtidig alt grenseverdier satt til en temperatur på 20°C. Hvis det originale signalet ved 20°C ankom ytterst i et 100 m langt segment med effektnivå P, så kl. forhøyede temperaturer ah, slik signalstyrke vil bli observert på kortere avstander. Hvis det er nødvendig å gi samme signaleffekt ved utgangen av segmentet, må du enten installere en kortere kabel (noe som ikke alltid er mulig) eller velge kabelmerker med lavere demping.
- For skjermede kabler ved temperaturer over 20°C fører en temperaturendring på 1 grad til en endring i dempningen på 0,2 %
- For alle typer kabler og eventuelle frekvenser ved temperaturer opp til 40°C, fører en temperaturendring på 1 grad til en endring i demping på 0,4 %
- For alle typer kabler og eventuelle frekvenser ved temperaturer fra 40°C til 60°C, fører en temperaturendring på 1 grad til en endring i demping på 0,6 %
- Kategori 3-kabler kan oppleve en dempningsendring på 1,5 % per grad Celsius
Allerede i begynnelsen av 2000. TIA/EIA-568-B.2-standarden anbefalte å redusere den maksimalt tillatte kategori 6 permanent link/kanallengde hvis kabelen ble installert i miljøer med høye temperaturer, og jo høyere temperatur, jo kortere skal segmentet være.
Med tanke på at frekvenstaket i kategori 6A er dobbelt så høyt som i kategori 6, vil temperaturrestriksjonene for slike anlegg være enda strengere.
I dag, når du implementerer applikasjoner PoE Vi snakker om maksimalt 1-gigabit hastigheter. Når 10-Gigabit-applikasjoner brukes, er Power over Ethernet imidlertid ikke et alternativ, i hvert fall ikke ennå. Så avhengig av dine behov, når temperaturen endres, må du vurdere enten endringen i kobberresistivitet eller endringen i demping. I begge tilfeller er det mest fornuftig å sørge for at kablene holdes ved temperaturer nær 20°C.
Laster inn...
