Что такое сопротивление проводников и от чего оно зависит: что важнее

Протекающий в проводящем материале ток пропорционален напряжению на нём. Т.е. при увеличении потенциала объём протекающих электронов также растёт. Правда, при применении различных элементов равнозначное напряжение даёт различное значение у тока. Таким образом, получается правило: при увеличении напряжения проходящий через проводник электрический ток тоже будет расти, но неодинаково, а в зависимости от характеристик элемента.

Пример провода

Определение резистивной составляющей

Электросопротивление материала – это соотношение величины протекающего тока и приложенного к нему напряжения. Для каждого конкретного элемента это соотношение своё. Для обозначения данной физической величины используют букву R. При определении её используют формулу закона Ома для участка цепи:

R=U/I.

Из представленного выражения видно, что резистивная составляющая – это отношение потенциала на проводнике к силе тока на нём же. Таким образом, чем выше величина тока, тем слабее резистивная составляющая у проводника, при большем напряжении – большая.

Дополнительная информация. Часто в обиходе говорят, что резистивная величина «мешает» напряжению бесконечно наращивать силу тока.

У любого резистора, выпускаемого в промышленных условиях, существует порядка десяти параметров, на которые необходимо обращать внимание при его выборе. Главный его параметр –  сопротивление. Это статическая характеристика для любого проводника, заданная при его производстве. Т.е. при подаче большего потенциала на проводящий элемент изменится только ток, проходящий сквозь него, но не его резистивная составляющая. Т.е. соотношение U/I остаётся неизменным.

От чего зависит сопротивление

Необходимо рассмотреть, от каких факторов зависит электрическое сопротивление проводника. Основных параметров четыре:

• Длина кабеля – l;
• Площадь поперечного сечения проводящего элемента – S;
• Металл, использованный в производстве кабеля;
• Температура окружающей среды – t.

Важно! Удельное сопротивление детали – это используемое в физике понятие, показывающее способность элемента задерживать проведение электричества.

Для состыковки детали и ее резистивной составляющей в физической науке введено понятие удельного сопротивления. Этот показатель характеризует величину резистивной составляющей кабеля при единичной длине в 1 метр и единичной площадью 1 м². Детали указанной протяжённости и толщины, произведённые из различного сырья, будут показывать различные значения резистивной величины. Это связано с физическими свойствами металлов. Именно из них в основном изготавливают провода и кабели. У каждого металлического материала своя величина элементов в кристаллической решётке.

Кристаллическая решётка

Самыми безупречно проводящими электричество деталями являются те, у которых значение резистивной составляющей наименьшее. Примером металлов с небольшой указанной величиной являются алюминий и медь. Подавляющее большинство проводов и кабелей для передачи электрической энергии изготавливаются из них. Также из них изготавливают шины в трансформаторных подстанциях и главных распределительных щитах любых зданий. Примером металлов, обладающих большой величиной удельного сопротивления, можно указать железо и всевозможные сплавы. Зачастую резистивную составляющую элемента указывают резистором.

При увеличении длины проводящего материала увеличивается и сопротивление металлического проводника. Это связано с физическими процессами, происходящими в нём при прохождении электрического тока. Суть их такова: электроны движутся по проводящему слою, в котором присутствуют ионы, из которых состоит кристаллическая решётка любого металла. Чем больше длина проводника, тем большее количество мешающих движению электронов присутствует ионов кристаллической решётки. Тем больше они создают препятствия для проведения электричества.

Для возможности наращивания протяжённости проводника производители увеличивают площадь материалов. Это даёт возможность расширить «автостраду» для электрического тока. Т.е. электроны меньше пересекаются с деталями решетки металла. Отсюда следует, что более толстый кабель имеет меньшее сопротивление.

Из всего вышесказанного вытекает формула для определения сопротивления проводника, выраженная через его длину (l), площадь поперечного сечения (S) и удельного сопротивления металла (ρ):

R = ρl/S.

В представленном выражении определения данного параметра отсутствует температура окружающей среды. Однако резистивная величина элемента меняется при достижении определенной температуры. Обычно эта температура составляет 20-25 °С. Поэтому не учитывать температуру окружающей среды при выборе детали нельзя. Это может привести к перегреву проводника и его воспламенению. Для выбора используют специализированные таблицы, значения которых используют в вычислениях.

Обычно увеличение температуры ведёт к увеличению резистивной составляющей металлического элемента. С физической точки зрения это связано с тем, что при увеличении температуры кристаллической решётки ионы в ней выходят из состояния покоя и начинают производить колебательные движения. Данный процесс замедляет электроны, т.к. столкновения между ними происходят чаще.

Шинная сборка

Выбор проводника – это достаточно сложный процесс, который лучше доверить профессионалам. При неправильной оценке всех факторов работы детали можно получить множество негативных последствий, вплоть до пожара. Поэтому понимание, от чего может зависеть сопротивление проводника, должно присутствовать.

Видео

Оцените статью:

От чего зависит сопротивление проводника — обзор параметров

Сопротивление проводника (СП) – это одно из основных физических явлений в электричестве. Оно положено в основу многих электроприборов. Также это главная причина всех потерь в любых электросетях. Следует уточнить, что СП является весьма объемным понятием, которое неоднозначно для ряда ситуаций. Далее раскроем суть СП во всем его разнообразии. 

Что необходимо уточнить, затрагивая СП

Название статьи – это исходная точка рассказа о целой группе понятий, каждое из которых относится к СП. И вот почему. Само понятие «сопротивление» означает препятствование чему-либо. Следовательно, при упоминании проводника подразумевается то, как он препятствует прохождению электрического тока через него. Но, как известно, ток бывает переменный и постоянный. Поэтому сразу уточняем:

• СП в целом зависит от свойств напряжения, воздействующего на него, материала и пространственно-геометрических характеристик проводника при определенной температуре окружающей среды, и силы, приложенной к нему.

Из этой общей формулировки вытекают следующие понятия:

• активное сопротивление,
• реактивное сопротивление,
• импеданс,
• волновое сопротивление.

Раскрытие перечисленных понятий дает общее представление того, от чего же зависит СП.

Зависимость от свойств материала

Материал проводника в основном определяет реакцию на приложенное напряжение. Наименьшим сопротивлением обладают металлы. Хотя среди них существует большая разница в этом свойстве. Современная теория объясняет это строением атомов металлов. Для любого проводника его свойство быть таковым объясняется наличием свободных заряженных частиц. В металлах это электроны, в жидкостях и газах – ионы. Приложенное к проводнику напряжение вызывает их движение.

Чем слабее воздействие, препятствующее перемещающимся зарядам, тем меньше СП. Для оценки материла проводника введено понятие удельного сопротивления. Оно применимо к тем веществам, из которых можно получить проводник длиной 1 м с поперечником в 1 кв. мм. Что получается в результате изготовления такого проводника из некоторых материалов, наглядно демонстрирует изображение далее.

Сопротивление различных металлов

Если длина проводника будет больше одного метра, его сопротивление увеличится, а при увеличении поперечника – уменьшится. Эти закономерности можно проверить опытным путем, используя, например, батарейку, отрезок проволоки из нихрома и мультиметр. В результате получаем формулу, которая подтверждена экспериментально. В ней обозначим:

• R – сопротивление,
• ρ – удельное сопротивление,
• l – длина,
• S – площадь поперечного сечения.

Формула получится такой:

R= ρ*l/S.

Поясняющее изображение для удельного сопротивления

Но эта формула не дает исчерпывающего представления обо всех ситуациях, для которых имеет значение сопротивление. Она будет применима лишь при определенных соответствиях удельного сопротивления температуре, а также постоянном напряжении. То есть это формула для расчета активного СП при заданной температуре. Если температура проводника увеличится, усилится так называемое броуновское движение в его материале. Как результат этого – более затрудненное перемещение электронов и увеличение СП.

Броуновское движение

И наоборот. Охлаждение проводника создает лучшие условия для беспрепятственного перемещения электронов, и при определенных температурах может привести к минимальным величинам сопротивления. Это явление получило название сверхпроводимости. Оно связано по температурным показателям с химическим составом материала проводника и существенно различается для разных металлов и прочих химических элементов, а также их соединений.

Зависимость сопротивления от температуры

Зависимость от свойств напряжения

Напряжение – это главная движущая сила электричества. Напряжение первично. Фактически это среда, в которой протекают разнообразные процессы, связанные с электрическим током. Важнейшей является связь электрического тока с электромагнитным полем. А его параметры, в свою очередь, определяются не только напряжением, но и пространственно-геометрическими характеристиками проводника.

Даже в том случае, когда проводник – это прямой отрезок проволоки в составе электрической цепи, его положение в пространстве при достаточно высоких частотах напряжения будет заметно влиять на величину его сопротивления. Это связано с тем, что в этих условиях проявляются его индуктивность и емкость, существующие лишь при переменном напряжении. Эти параметры проводника именуются реактивным сопротивлением, и также приводят к потерям электроэнергии.

• Следовательно, если проводник находится под воздействием переменного напряжения, его сопротивление также зависит как от частоты этого напряжения, так и от его индуктивно-емкостных параметров.

Активное СП при этом остается в силе. А сопротивление проводника в целом именуется импедансом. Его принято обозначать буквой Z и рассчитывать с использованием комплексных чисел. Это довольно-таки специфические расчеты, которыми не стоит утомлять читателя нашей статьи. Но чтобы читатель в этом утверждении не усомнился, далее приведем формулу, по которой в общем случае рассчитывается импеданс:

Формула

Зависимость от геометрии

Но и постоянный ток не так прост, как представляется по некоторым опытам. Все дело в его силе. Известно, что площадь поперечного сечения напрямую связана с силой тока. Но эта закономерность применима не всегда. С определенных значений силы ток все больше устремляется к поверхности проводника, что называется вытеснением тока. По этой причине сопротивление току большой силы меньше у плоских и трубчатых проводников.

Распределение тока по поперечнику проводника

Еще лучший результат получается при покрытии серебром. Аналогично проявляются и токи высокой частоты. Для них поверхностный эффект закономерен так же, как и для постоянного тока большой силы. Но и механическая сила, воздействующая на проводник, способна повлиять на его сопротивление. И это неудивительно, поскольку деформации влияют на распределение частиц, которые тормозят электроны.

Этот принцип заложен в основу тензометрии, без которой сегодня невозможно представить машиностроение и другие отрасли промышленности, где важна прочность материалов. Все перечисленные причины, от которых зависит СП, по-разному проявляются у различных материалов. Но для прикладного использования взаимосвязи сопротивления с теми или иными воздействиями разработаны специальные сплавы и химические соединения.

Распределение тока по поперечнику проводника

Но в любом случае сопротивление измеряется в Омах и долях Ома, в том числе и кратных 1000, то есть килоом, мегаом. Больше нескольких единиц мегаом сопротивление, как правило, не бывает. Мы постарались показать читателям несколько причин, обуславливающих СП. Надеемся, что полученные знания помогут успешно решить существующие задачи.

Похожие статьи:

Сопротивление полупроводников: свойства и виды проводников

Полупроводниками считаются вещества, обладающие электрическими свойствами, которые ставят их в промежуточное положение между диэлектрическими материалами и проводниками. Электропроводность полупроводников зависит от многих факторов. Прежде всего, это температура, а также количество примесей, содержащихся в них. Свое влияние оказывает ионизирующее и световое излучение.

Виды и свойства полупроводников

Для того, чтобы появился электрический ток, необходимо наличие подвижных частиц, переносящих заряды. Электропроводность того или иного вещества зависит от количества таких носителей на единицу объема. В диэлектриках они практически отсутствуют, а в полупроводниках свободные носители присутствуют лишь в небольшом количестве. Следовательно, удельное сопротивление полупроводников очень высокое, а в диэлектриках оно еще больше. Существуют различные виды этих материалов, обладающих собственными специфическими свойствами.

Все полупроводники можно разделить на несколько основных видов. Среди них лидируют чистые или собственные материалы, в которых отсутствуют какие-либо примеси.

Для них характерна кристаллическая структура, где атомы расположены в периодическом порядке в ее узлах. Здесь существует устойчивая взаимная связь каждого атома с четырьмя атомами, расположенными рядом. Это дает возможность образовывать постоянные электронные оболочки, в состав которых входит восемь электронов. При температуре, равной абсолютному нулю, такой полупроводник становится диэлектриком, поскольку все электроны соединены ковалентными связями.

Когда температура повышается или происходит какое-либо облучение, электроны могут выйти из ковалентных связей и превратиться в свободных носителей зарядов. Свободные места при перемещении постепенно занимаются другими электронами, поэтому электрический ток протекает только в одном направлении.

В электронных полупроводниках, кроме четырех атомов, составляющих основу кристаллической решетки, имеются так называемые доноры. Они представляют собой примеси в виде пятивалентных атомов. Электрон, содержащийся в таком атоме, не может нормально вступить в ковалентную связь и поэтому отделяется от донора. Таким образом, он превращается в свободный носитель заряда. В свою очередь донор становится положительным ионом, это может произойти даже при комнатной температуре.

В дырочных полупроводниках имеется кристаллическая решетка с содержанием трехвалентных примесных атомов, называемых акцепторами. В такой решетке остается незаполненной одна ковалентная связь. Она может быть заполнена электроном, оторвавшимся от соседней связи. Происходит превращение примесного атома в отрицательный ион, а на месте ушедшего электрона появляется дырка.То есть, в этом случае также начинается одностороннее движение электрического тока.

Факторы, влияющие на сопротивление полупроводников

Опытным путем было установлено, что при повышении температуры происходит уменьшение электрического сопротивления в полупроводниковых кристаллах. Это связано с тем, что при нагревании кристалла увеличивается количество свободных электронов, соответственно, возрастает их концентрация. Изменяющееся сопротивление полупроводников под воздействием температуры, применяется для создания специальных приборов, называемых терморезисторами.

Для того, чтобы изготовить терморезистор используются полупроводники, представляющие собой оксиды отдельных металлов в смешанном состоянии. Готовое вещество размещается в защитном металлическом корпусе с изолированными выводами. С их помощью происходит подключение прибора к электрической цепи.

Терморезисторы используются для измерения температуры или для ее поддержания в заданном режиме в каких-либо устройствах. Основным принципом их работы является изменяющееся сопротивление при перепадах температур. Тот же принцип используется и в фоторезисторах. Здесь величина сопротивления изменяется в зависимости от уровня освещения.

Влияние температуры на сопротивление полупроводника

Зависимость сопротивления проводника от температуры: почему увеличивается

 

Каждое вещество имеет свое удельное сопротивление. Причем сопротивление будет зависеть от температуры проводника. Убедимся в этом, проведя следующий опыт.

Пропустим ток через стальную спираль. В цепи со спиралью подключим последовательно амперметр. Он покажет некоторое значение. Теперь будем нагревать спираль в пламени газовой горелки. Значение силы тока, которое покажет амперметр, уменьшится. То есть, сила тока будет зависеть от температуры проводника.

Изменение сопротивления в зависимости от температуры

Пусть при температуре 0 градусов, сопротивление проводника равняется R0, а при температуре t  сопротивление равно R, тогда относительное изменение сопротивления будет прямо пропорционально изменению температуры t:

В данной формуле а – коэффициент пропорциональности, который называют еще температурным коэффициентом.  Он характеризует зависимость сопротивления, которым обладает вещество, от температуры. 

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на 1 Кельвин.

Для всех металлов температурный коэффициент

больше нуля. При изменениях температуры он будет незначительно меняться. Поэтому, если изменение температуры невелико, то температурный коэффициент можно считать постоянным, и равным среднему значению из этого интервала температур.

Растворы электролитов с ростом температуры сопротивление уменьшается. То есть для них температурный коэффициент будет меньше нуля.

Сопротивление проводника зависит от удельного сопротивления проводника и от размеров проводника. Так как размеры проводника при нагревании меняются незначительно, то основной составляющей изменения сопротивления проводника является удельное сопротивление.

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры

Попытаемся найти зависимость удельного сопротивления проводника от температуры.

Подставим в полученную выше формулу значения сопротивлений R=p*l/S R0=p0*l/S.

Получим следующую формулу:

Температурный коэффициент можно считать постоянным, следовательно, удельное сопротивление проводника будет прямо пропорционально температуре проводника.

Данная зависимость представлена на следующем рисунке.

Попробуем разобраться, почему увеличивается сопротивление

Когда мы повышаем температуру, то увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки. Следовательно, свободные электроны будут чаще с ними сталкиваться. При столкновении они будет терять направленность своего движения. Следовательно, сила тока будет уменьшаться.  

Зависимость сопротивления проводника от температуры, широко используется в технике и физике. Например, в изготовлении термометров сопротивления.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Опыт Милликена и Иоффе: суть эксперимента и как это было
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСверхпроводимость: определение, история открытия, свойства и перспективы

Что такое сопротивление проводников и от чего оно зависит: длина или сечение

Для того, чтобы произвести расчет электрической сети на потерю напряжения необходимо знать параметры линий, а именно их сопротивления и проводимости.

Если производятся расчеты цепей постоянного тока, то вполне достаточно знать только омическое сопротивление линии.

А вот при расчете линии переменного тока одного омического сопротивления бывает недостаточно, и помимо активных сопротивлений, необходимо знать еще индуктивные сопротивления и емкостные проводимости проводов и кабелей.

Активное сопротивление проводов и кабелей

Из электротехники известно, что полное сопротивление при равных условиях переменному и постоянному току будут отличаться. Касается это также проводов и кабелей. Это вызвано тем, что переменный ток распределяется по сечению неравномерно (поверхностный эффект).

Однако для проводов из цветных металлов и с частотой переменного напряжения 50 Гц этот эффект не оказывает слишком большого влияния и им можно пренебречь.

Таким образом, при расчете проводников из цветных металлов, их сопротивления переменному и постоянному току принимаются равными.

• На практике активное сопротивление медных и алюминиевых проводников рассчитывают по формуле:
• Где: l – длина в км, γ – удельная проводимость материала провода м/ом∙мм2, r0 – активное сопротивление 1 км провода на фазу Ом/км, s – площадь поперечного сечения, мм2.
• Величина r0, как правило, берется из таблиц справочников.
• На активное сопротивление провода влияет и температура окружающей среды. Величину r0 при температуре Θ можно определить по формуле:
• Где: α – температурный коэффициент сопротивления; r20 – активное сопротивление при температуре 20 0С, γ20 – удельная проводимость при температуре в 20 0С.

Стальные провода обладают значительно большими активными сопротивлениями, чем аналогичные провода из цветных металлов.

Его увеличение обусловлено значительно меньшей величиной удельной проводимости и поверхностным эффектом, который у стальных проводов выражен гораздо более ярко, чем у алюминиевых или медных.

Более того, в стальных проводах присутствуют потери активной энергии на вихревые токи и перемагничивание, что в схемах замещения линий учитывают дополнительной составляющей активного сопротивления.

Активное сопротивление стальных проводов (в отличии от проводов из цветных металлов) сильно зависит от величины протекаемого тока, поэтому использовать постоянное значение удельной проводимости при расчетах нельзя.

Активное сопротивление стальных проводов в зависимости от протекающего тока аналитически выразить весьма трудно, поэтому для его определения используют специальные таблицы.

Индуктивное сопротивление проводов и кабелей

1. Для определения индуктивного сопротивления (обозначается Х) кабельной или воздушной линии определенной протяженности в километрах удобно пользоваться выражением:
3. Где: Х0 – индуктивное сопротивление одного километра провода или кабеля на фазу, Ом/км.
4. Х одного километра воздушной или кабельной линии можно определить по формуле:
6. Где: Dср – расстояние среднее между проводами или центрами жил кабелей, мм; d – диаметр токоведущей жилы кабеля или диаметр провода, мм; μт – относительная магнитная проницаемость материала провода;

Первый член правой части уравнения обусловлен внешним магнитным полем и называется внешним индуктивным сопротивлением Х0/. Из этого выражения видно, что Х0/ зависит только от расстояния между проводами и их диаметра, а так как расстояние между проводами выбирается исходя из номинального напряжения линии, соответственно Х0/ будет расти с ростом номинального напряжения линии. Х0/ воздушных линий больше, чем кабельных. Это связано с тем, что токоведущие жилы кабеля располагаются друг к другу значительно ближе, чем провода воздушных линий.

• Для одной фазы:
• Где: D1:2 расстояние между проводами.
• Для одинарной трехфазной линии при расположении проводов по треугольнику:
• При горизонтальном или вертикальном расположении проводов трехфазной линии в одной плоскости:
• Увеличение сечения проводов линии ведет к незначительному уменьшению Х0/.

Второй член уравнения для определения X0 обусловлен магнитным полем внутри проводника. Он выражает внутреннее индуктивное сопротивление Х0//.

1. Таким образом выражение для Х0 можно представить в виде:
3. Для линий из немагнитными материалов μ = 1 внутреннее индуктивное сопротивление Х0// по сравнению с внешним Х0/ составляет ничтожную величину, поэтому им очень часто пренебрегают.
4. В таком случае формула для определения Х0 примет вид:
6. Для практических расчетов индуктивные сопротивления кабелей и проводов определяют по соответствующим таблицам.
7. В случае приближенных расчетов можно считать для воздушных линий напряжением 6-10 кВ Х0 = 0,3 – 0,4 Ом/км, а для кабельных Х0 = 0,08 Ом/км.

Внутренне индуктивное сопротивление стальных проводов сильно отличается от Х0// проводов из цветных металлов. Это вызвано тем, что Х0// пропорционально магнитной проницаемости μr, которая сильно зависит от величины тока в проводе. Если для проводов из цветных металлов μr = 1, то для стальных проводов μr может достигать величины в 103 и даже выше.

Х0// для линий прокладываемых стальными проводами пренебрегать нельзя. Как правило, данную величину берут из таблиц, составленных на основе экспериментальных данных.

Сопротивления r0 и Х0// при некоторых значениях тока могут достигать максимальных значений, а затем с увеличением тока уменьшатся. Это явление объясняется магнитным насыщением стали.

Емкостная проводимость линий

• Электрические линии, кроме активного и индуктивного сопротивлений, характеризуются и емкостной проводимостью, которая обусловлена емкостью между проводами и между проводам и землей.
• Величину рабочей емкости в трехфазной воздушной линии приближенно можно определить по формуле:

Из данной формулы видно, что рабочая емкость будет увеличиваться с увеличением сечения проводов и уменьшением расстояния между ними. Поэтому при равных сечениях токоведущих частей линии низкого напряжения имеют большую рабочую емкость, чем линии высокого напряжения. В следствии небольших расстояний между токоведущими жилами кабеля и большей диэлектрической проницаемости изоляции по сравнению с воздухом рабочая емкость кабельной линии значительно больше, чем емкость воздушной линии.

1. Емкостная проводимость одноцепной воздушной линии определяется по формуле:
2. Определение рабочей емкости кабельной линии по формулам, в которые входят диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля, геометрические размеры и другие конструктивные особенности, задача не из легких, поэтому значения рабочей емкости определяют по специальным таблицам, составленным заводом изготовителем для различных марок кабелей, в зависимости от их номинального напряжения.
3. Емкостной ток вначале линии при холостом ходе (при отключенных электроприемниках) можно определить из формулы:
4. Где: U – линейное напряжение сети, В; l – длина линии, км;

Емкостные токи имеют серьезное значение в воздушных линиях с рабочим напряжением 110 кВ и выше и в кабельных линиях с напряжением выше 10 кВ. При расчете электрических сетей с напряжениями ниже, чем выше перечисленные, емкость линии могут не учитывать. Емкость токопроводящих частей линии по отношению к земле имеет значение при расчете заземляющих устройств и защиты.

• В сети с изолированной нейтралью величину емкостного тока однофазного замыкания на землю приближенно можно определить по формулам:

Источник: https://elenergi.ru/provodimost-i-soprotivlenie-vozdushnyx-i-kabelnyx-linij.html

Расчет электрических схем: от чего зависит сопротивление проводника, формулы для расчета

Протекание электрического тока через проводник приводит к направленному движению свободных электронов. Наличие свободных электронов зависит от самого вещества и берется из таблицы Д. И. Менделеева , а именно из электронной конфигурации элемента. Электроны начинают ударяться о кристаллическую решетку элемента и передают энергию последней. В этом случае возникает тепловой эффект при действии тока на проводник.

При этом взаимодействии они замедляются, но затем под действием электрического поля, которое их ускоряет, начинают двигаться с той же скоростью. Электроны сталкиваются огромное количество раз. Этот процесс и называется сопротивлением проводника.

• Следовательно, электрическим сопротивлением проводника считается физическая величина, характеризующая отношение напряжения к силе тока.
• Что такое электрическое сопротивление: величина, указывающая на свойство физического тела преобразовывать энергию электрическую в тепловую, благодаря взаимодействию энергии электронов с кристаллической решеткой вещества. По характеру проводимости различаются:

1. Проводники (способны проводить электрический ток, так как присутствуют свободные электроны).
2. Полупроводники (могут проводить электрический ток, но при определенных условиях).
3. Диэлектрики или изоляторы (обладают огромным сопротивлением, отсутствуют свободные электроны, что делает их неспособными проводить ток).

Обозначается эта характеристика буквой R и измеряется в Омах (Ом). Применение этих групп веществ является очень значимым для разработки электрических принципиальных схем приборов.

Для полного понимания зависимости R от чего-либо нужно обратить особое внимание на расчет этой величины.

Расчет электрической проводимости

Формула нахождения характеристики проводимости материала R (следствие из закона Ома для участка цепи): R = U / I.

Для полного участка цепи эта формула принимает следующий вид: R = (U / I) — Rвн, где Rвн — внутреннее R источника питания.

Зависимость проводимости материала

1. В электротехнике для произведения расчетов и изготовления резисторов учитывается и геометрическая составляющая проводника.
2. От чего зависит сопротивление: от длины проводника — l, удельного сопротивления — p и от площади сечения (с радиусом r) — S = Пи * r * r.
3. Формула R проводника: R = p * l / S.

Из формулы видно, от чего зависит удельное сопротивление проводника: R, l, S. Нет необходимости его таким способом рассчитывать, потому что есть способ намного лучше. Удельное сопротивление можно найти в соответствующих справочниках для каждого типа проводника (p — это физическая величина равная R материала длиною в 1 метр и площадью сечения равной 1 м².

Однако этой формулы мало для точного расчета резистора, поэтому используют зависимость от температуры.

Влияние температуры окружающей среды

Доказано, что каждое вещество обладает удельным сопротивлением, зависящим от температуры.

Для демонстрации это можно произвести следующий опыт. Возьмите спираль из нихрома или любого проводника (обозначена на схеме в виде резистора), источник питания и обычный амперметр (его можно заменить на лампу накаливания). Соберите цепь согласно схеме 1.

Схема 1 — Электрическая цепь для проведения опыта

Физический смысл роста значения R обусловлен влиянием температуры на амплитуду колебаний (увеличение) ионов в кристаллической решетке. В результате этого электроны чаще сталкиваются и это вызывает рост R.

Согласно формуле: R = p * l / S, находим показатель, который зависит от температуры (S и l — не зависят от температуры). Остается p проводника. Исходя из это получается формула зависимости от температуры: (R — Ro) / R = a * t, где Ro при температуре 0 градусов по Цельсию, t — температура окружающей среды и a — коэффициент пропорциональности (температурный коэффициент).

Для металлов «a» всегда больше нуля, а для растворов электролитов температурный коэффициент меньше 0.

Формула нахождения p, применяемая при расчетах: p = (1 + a * t) * po, где ро — удельное значение сопротивления, взятое из справочника для конкретного проводника.

В этом случае температурный коэффициент можно считать постоянным. Зависимость мощности (P) от R вытекает из формулы мощности: P = U * I = U * U / R = I * I * R.

Удельное значение сопротивления еще зависит и от деформаций материала, при котором нарушается кристаллическая решетка.

Деформация и удельное сопротивление

При действии на металл сил растяжения и сжатия последний подвергается деформациям, которые называются упругими. Удельное сопротивление уменьшается при сжатии, так как происходит уменьшение амплитуды тепловых колебаний. Направленным заряженным частицам становится легче двигаться. При растяжении удельное сопротивление увеличивается из-за роста амплитуды тепловых колебаний.

Еще одним фактором, влияющим на проводимость, является вид тока, проходящего по проводнику.

Цепи переменного тока

Сопротивление в сетях с переменным током ведет себя несколько иначе, ведь закон Ома применим только для схем с постоянным напряжением. Следовательно, расчеты следует производить иначе.

Полное сопротивление обозначается буквой Z и состоит из алгебраической суммы активного, емкостного и индуктивного сопротивлений.

При подключении активного R в цепь переменного тока под воздействием разницы потенциалов начинает течь ток синусоидального вида. В этом случае формула выглядит: Iм = Uм / R, где Iм и Uм — амплитудные значения силы тока и напряжения. Формула сопротивления принимает следующий вид: Iм = Uм / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Пи * r * r).

Емкостное сопротивление (Xc) обусловлено наличием в схемах конденсаторов. Необходимо отметить, что через конденсаторы проходит переменный ток и, следовательно, он выступает в роли проводника с емкостью.

Вычисляется Xc следующим образом: Xc = 1 / (w * C), где w — угловая частота и C — емкость конденсатора или группы конденсаторов. Угловая частота определяется следующим образом:

1. Измеряется частота переменного тока (как правило, 50 Гц).
2. Умножается на 6,283.

Индуктивное сопротивление (Xl) — подразумевает наличие индуктивности в схеме (дроссель, реле, контур, трансформатор и так далее). Рассчитывается следующим образом: Xl = wL, где L — индуктивность и w — угловая частота.

Для расчета индуктивности необходимо воспользоваться специализированными онлайн-калькуляторами или справочником по физике.

Итак, все величины рассчитаны по формулам и остается всего лишь записать Z: Z * Z = R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl).

Для определения окончательного значения необходимо извлечь квадратный корень из выражения: R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl). Из формул следует, что частота переменного тока играет большую роль, например, в схеме одного и того же исполнения при повышении частоты увеличивается и ее Z. Необходимо добавить, что в цепях с переменным напряжением Z зависит от таких показателей:

1. Длины проводника.
2. Площади сечения — S.
3. Температуры.
4. Типа материала.
5. Емкости.
6. Индуктивности.
7. Частоты.

Следовательно и закон Ома для участка цепи имеет совершенно другой вид: I = U / Z. Меняется и закон для полной цепи.

Измерение электрической проводимости

Расчеты сопротивлений требуют определенного количества времени, поэтому для измерений их величин применяются специальные электроизмерительные приборы, которые называются омметрами. Измерительный прибор состоит из стрелочного индикатора, к которому последовательно включен источник питания.

Измеряют R все комбинированные приборы, такие как тестеры и мультиметры. Обособленные приборы для измерения только этой характеристики применяются крайне редко (мегаомметр для проверки изоляции силового кабеля).

• Прибор применяется для прозвонки электрических цепей на предмет повреждения и исправности радиодеталей, а также для прозвонки изоляции кабелей.
• При измерении R необходимо полностью обесточить участок цепи во избежание выхода прибора из строя. Для это необходимо предпринять следующие меры предосторожности:

1. Вытянуть вилку из сети.
2. Включить прибор, при этом произойдет разрядка конденсаторов.
3. Приступить к измерению или прозвонке.
4. Установить переключатель в режим измерения сопротивления.
5. Закоротить щупы прибора, чтобы удостовериться в его работоспособности (покажет очень малое сопротивление).
6. Измерить необходимый участок.

В дорогих мультиметрах есть функция прозвонки цепи, дублируемая звуковым сигналом, благодаря чему нет необходимости смотреть на табло прибора.

Таким образом, электрическое сопротивление играет важную роль в электротехнике. Оно зависит в постоянных цепях от температуры, силы тока, длины, типа материала и площади поперечного сечения проводника.

В цепях переменного тока эта зависимость дополняется такими величинами, как частота, емкость и индуктивность. Благодаря этой зависимости существует возможность изменять характеристики электричества: напряжение и силу тока.

Для измерений величины сопротивления применяются омметры, которые используются также и при выявлении неполадок проводки, прозвонки различных цепей и радиодеталей.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/provodka/zavisimost-elektricheskogo-soprotivleniya-provodnika-ot-dliny.html

Сопротивление проводников

Направленному движению электронов (электрическому току) мешают хаотически двигающиеся молекулы и атомы проводника, что приводит к искривлению пути электронов и уменьшает скорость их передвижения.

Следовательно, электрический ток, проходя по проводнику, всегда испытывает со стороны проводника препятствие своему прохождению. Это препятствие называется электрическим сопротивлением проводника и обозначается латинской буквой R.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рис. 5,а.

Рис. 5. л —условное обозначение сопротивлений на схемах; б — закон Ома для участка цепи; в — закон Ома для полной цепи

За международную единицу сопротивления принят один ом, т. е. такое сопротивление, которым обладает столбик ртути при 0°С длиной 106,3 см, имеющий одинаковое поперечное сечение по всей длине, равное 1 мм2. Для измерения больших сопротивлений применяются единицы, называемые килоом (сокращенно ком) и мегом (сокращенно Мом). 1 Мом = 1000 ком—1000000 ом.

Чем длиннее проводник и чем меньше его сечение, тем большее сопротивление току он создает. Короткие проводники большого сечения имеют малое сопротивление. Сопротивление проводника зависит также от материала, из которого он сделан.

Два проводника одинаковой длины и поперечного сечения, но изготовленные из разных материалов, будут по-разному проводить электрический ток. Сопротивление проводника также зависит от его температуры. С повышением температуры сопро-. тивление металлов увеличивается.

Исключение составляют специальные металлические сплавы (манганин, константан, никелин и др.), сопротивление которых почти не меняется с изменением температуры. Таким образом, установлено, что сопротивление проводника зависит от его длины, поперечного сечения, материала, из которого он сделан, и температуры.

Характеристикой способности различных материалов проводить электрический ток служит их удельное сопротивление, обозначаемое греческой буквой р (ро) и выражаемое в омах.

Удельным сопротивлением какого-либо материала называется сопротивление проводника, сделанного из этого материала и имеющего длину 1 м, а поперечное сечение 1 мм2 при температуре 20° С. Удельное сопротивление различных материалов различно; оно определяется опытным путем и приводится в справочных таблицах. Сопротивление любого проводника можно определить расчетным путем по формуле:

• где R — сопротивление проводника, ом
• р —удельное сопротивление проводника;
• I — длина проводника в метрах; 5 —сечение проводника, мм2.

Пример. Определить сопротивление медного провода длиной 100 ж и сечением 0,5 мм2. Удельное сопротивление меди 0,0175 оммм2/м.

Решение.

Несмотря на то что проводник оказывает сопротивление прохождению тока, ток через проводник все же проходит. Поэтому всякий проводник можно характеризовать не только сопротивлением, но и его способностью проводить электрический ток, т. е. проводимостью.

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток и тем меньше его проводимость. Поэтому сопротивление и проводимость проводника обратные величины.

Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой R, то проводимость определится как — ; единица измерения про-

R

Источник: http://nauchebe.net/2011/12/soprotivlenie-provodnikov/

Влияние длины и сечения кабеля на потери по напряжению

Потери электроэнергии – неизбежная плата за ее транспортировку по проводам, вне зависимости от длины передающей линии. Существуют они и на воздушных линиях электропередач длиною в сотни километров и на отрезках электропроводки в несколько десятков метров домашней электрической сети. Происходят они, прежде всего потому, что любые провода имеют конечное сопротивление электрическому току. Закон Ома, с которым каждый из нас имел возможность познакомиться на школьных уроках физики, гласит, что напряжение (U) связано с током (I) и сопротивлением (R) следующим выражением:

U = I·R,

из него следует что чем выше сопротивление проводника, тем больше на нем падение (потери) напряжения при постоянных значениях тока. Это напряжение приводит к нагреву проводников, который может грозить плавлением изоляции, коротким замыканием и возгоранием электропроводки.

При передаче электроэнергии на большие расстояния потерь удается избегать за счет снижения силы передаваемого тока, достигается это многократным повышением напряжения до сотен киловольт. В случае низковольтных сетей, напряжением 220 (380) В, потери можно минимизировать только выбором правильного сечения кабеля.

Почему падает напряжение и как это зависит от длины и сечения проводников

Для начала остановимся на простом житейском примере частного сектора в черте города или большого поселка, в центре которого находится трансформаторная подстанция.

Жильцы домов, расположенных в непосредственной близости к ней жалуются на постоянную замену быстро перегорающих лампочек, что вполне закономерно, ведь напряжение в их сети достигает 250 В и выше.

В то время как на окраине села при максимальных нагрузках на сеть оно может опускаться до 150 вольт. Вывод в таком случае напрашивается один, падение напряжение зависит от длины проводников, представленных линейными проводами.

Конкретизируем, от чего зависит величина сопротивления проводника на примере медных проводов, которым сегодня отдается предпочтение. Для этого опять вернемся к школьному курсу физики, из которого известно, что сопротивление проводника зависит от трех величин:

• удельного сопротивления материала – ρ;
• длины отрезка проводника – l;
• площади поперечного сечения (при условии, что по всей длине оно одинаковое) – S.

• Все четыре параметра связывает следующее соотношение:
• R = ρ·l/S,
• очевидно, что сопротивление растет по мере увеличения длины проводника и падает по мере увеличения сечения жилы.

Для медных проводников удельное сопротивление составляет 0.0175 Ом·мм²/м, это значит, что километр медного провода сечением 1 мм² будет иметь сопротивление 17.5 Ом, в реальной ситуации оно может отличаться, например, из-за чистоты металла (наличия в сплаве примесей).

Для алюминиевых проводников величина сопротивления еще выше, поскольку удельное сопротивление алюминиевых проводов составляет 0.028 Ом·мм²/м.

Теперь вернемся к нашему примеру. Пусть от подстанции до самого крайнего дома расстояние составляет 1 км и электропитание напряжения 220 вольт до него проложено алюминиевым проводом марки А, с минимальным сечением 10 мм².

Расстояние, которое необходимо пройти электрическому току складывается из длины нулевых и фазных проводов, то есть в нашем примере необходимо применить коэффициент 2, таким образом максимальная длина составит 2000 м.

Подставляя наши значения в последнюю формулу, получим величину сопротивления равную 5.6 Ом.

Много это или мало, понятно из упомянутого выше закона Ома, так для потребителя с номинальным током всего 10 ампер, в приведенном примере падение напряжения составит 56 В, которые уйдут на обогрев улицы.

Конечно же, если нельзя уменьшить расстояние, следует выбрать сечение проводов большей площади, это касается и внутренних проводок, однако это ведет к увеличению затрат на кабельно-проводниковую продукцию. Оптимальным решением будет правильно рассчитать сечения проводов, учитывая максимальную допустимую нагрузку.

Смотрите также другие статьи :

Классификация помещений по степени опасности

К помещениям первой категории относятся сухие помещения с нормальными климатическими условиями, в которых отсутствуют любые из приведенных выше факторов. Такая характеристика может соответствовать, например складскому помещению.

Подробнее…

Что такое гармоники в электричестве

На практике синусоидальные напряжения электрических сетей подвержены искажениям и вместо идеальной синусоиды на экране осциллографа мы видим искаженный, испещренный провалами, зазубринами и всплесками сигнал. Эти искажения следствие влияния гармоник – паразитных колебаний кратных основной частоте сигнала, вызванных включением в сеть нелинейных нагрузок.

Подробнее…

Источник: https://cenerg.ru/stati/vliyanie-dliny-isecheniya-kabelya-na-potery-po-napryazheniyu/

От чего зависит сопротивление

☰

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на нем. Это значит, что с увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Однако при одинаковом напряжении, но использовании разных проводников сила тока различна. Можно сказать по-другому. Если увеличивать напряжение, то хотя сила тока и будет увеличиваться, но везде по-разному, в зависимости от свойств проводника.

Зависимость силы тока от напряжения для данного конкретного проводника представляет собой сопротивление этого проводника. Оно обозначается R и находится по формуле R = U/I.

То есть сопротивление определяется как отношение напряжения к силе тока. Чем больше сила тока в проводнике при данном напряжении, тем меньше его сопротивление.

Чем больше напряжение при данной силе тока, тем больше сопротивление проводника.

Формулу можно переписать по отношению к силе тока: I = U/R (закон Ома). В таком случае нагляднее, что чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

Можно сказать, что сопротивление как бы мешает напряжению создавать большую силу тока.

Само сопротивление является характеристикой проводника. Оно не зависит от поданного на него напряжения. Если будет подано большое напряжение, то изменится сила тока, но не изменится отношение U/I, т. е. не изменится сопротивление.

От чего же зависит сопротивление проводника? Оно зависти от

• длины проводника,
• площади его поперечного сечения,
• вещества, из которого изготовлен проводник,
• температуры.

Чтобы связать вещество и его сопротивление, вводится такое понятие как удельное сопротивление вещества. Оно показывает, какое будет сопротивление в данном веществе, если проводник из него будет иметь длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2.

Проводники такой длины и толщины, изготовленные из разных веществ, будут иметь разные сопротивления.

Это связано с тем, что у каждого металла (чаще всего именно они являются проводниками) своя кристаллическая решетка, свое количество свободных электронов.

Чем меньше удельное сопротивление вещества, тем лучшим проводником электрического тока оно является. Маленьким удельным сопротивлением обладают, например, серебро, медь, алюминий; куда большее у железа, вольфрама; очень большое у различных сплавов.

Чем длиннее проводник, тем большее сопротивление он имеет. Это становится понятно, если принять во внимание, что движению электронов в металлах мешают ионы, составляющие кристаллическую решетку. Чем их больше, т. е. чем длиннее проводник, тем больше у электрона шанс замедлить свой путь.

Однако увеличение площади поперечного сечения делает как бы дорогу шире. Электронам легче течь и не сталкиваться с узлами кристаллической решетки. Поэтому чем толще проводник, тем его сопротивление меньше.

Таким образом, сопротивление прямо пропорционально зависит от удельного сопротивления (ρ) и длины (l) проводника и обратно пропорционально зависит от площади (S) его поперечного сечения. Получаем формулу сопротивления:

R = ρl/S

В этой формуле на первый взгляд не отражается зависимость сопротивления проводника от его температуры. Однако удельное сопротивление вещества меряется при определенной температуре (обычно 20 °C). Поэтому температура учитывается. Для вычислений удельные сопротивления берут из специальных таблиц.

Для металлических проводников чем больше температура, тем сопротивление больше. Это связано с тем, что при повышении температуры ионы решетки начинают сильнее колебаться и больше мешать движению электронов.

Однако в электролитах (растворах, где заряд несут ионы, а не электроны) с повышением температуры сопротивление уменьшается.

Здесь это связано с тем, что чем выше температура, тем больше происходит диссоциация на ионы, и они быстрее двигаются в растворе.

Copyright © 2019. All Rights Reserved

Источник: https://scienceland.info/physics8/electrical-resistance

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 54Следующая ⇒

В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.

Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.

Из формулы

видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают σ.

Сопротивление тела человека

· Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм[5].

Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела.

В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

· Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов.

Сухая кожа обладает удельным сопротивлением порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В.

Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц.

Электрическое сопротивление проводников

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/3×7117.html

определения и основы, опыт Юнга

Сопротивление проводника – способность материала препятствовать протеканию электрического тока. Включая случай скин-эффекта переменных высокочастотных напряжений.

Физические определения

Материалы делятся классами согласно удельному сопротивлению. Рассматриваемая величина – сопротивление – считается ключевой, позволит выполнить градацию всех веществ, встречающихся в природе:

1. Проводники – материалы с удельным сопротивлением до 10 мкОм м. Касается большинства металлов, графита.
2. Диэлектрики – удельное сопротивление 100 МОм м – 10 ПОм м. Приставка Пета используется в контексте пятнадцатой степени десятки.
3. Полупроводники – группа электротехнических материалов с удельным сопротивлением в диапазоне от проводников до диэлектриков.

Удельным сопротивление называется, позволяя охарактеризовать параметры отреза провода длиной 1 метр, площадью 1 квадратный метр. Чаще цифрами пользоваться неудобно. Сечение реального кабеля намного меньше. К примеру, для ПВ-3 площадь составляет десятки миллиметров. Расчет упрощается, если пользоваться единицами Ом кв.мм/м (см. рис.).

Удельное сопротивление металлов

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой «ро», для получения показателя сопротивления величину домножим на длину, разделив на площадь образца. Перевод меж стандартными единицами измерения Ом м чаще используемыми для расчета показывает: взаимосвязь устанавливается через шестую степень десятки. Иногда удастся найти среди табличных значениях сведения, касающиеся удельного сопротивления меди:

• 168 мкОм м;
• 0,00175 Ом кв. мм / м.

Легко убедиться, цифры расходятся примерно на 4%, убедитесь, выполнив приведение единиц. Значит, цифры приводятся сортамента меди. При необходимости точных вычислений вопрос уточняется дополнительно, отдельно. Сведения об удельном сопротивлении образца получают чисто опытным путем. Отрез провода с известными сечением, длиной подсоединяется к контактам мультиметра. Для получения ответа требуется показания разделить на протяженность образца, домножить площадью сечения. В тестах полагается выбирать образец подлиннее, сократив до минимума погрешность. Значительная часть тестеров наделена недостаточной точностью для получения годных значений.

Итак, боящимся физиков, отчаявшимся освоить китайские мультиметры работать с удельным сопротивлением неудобно. Гораздо проще взять готовый отрез (большей длины), оценить параметр полного куска. На практике доли Ома играют малую роль, указанные действия выполняются для оценки потерь. Напрямую определены активным сопротивлением участка цепи и квадратично зависят от тока. Учитывая сказанное, отметим: проводники в электротехнике принято делить на две категории по применяемости:

1. Материалы высокой проводимости, высокого сопротивления. Первые применяются для создания кабелей, вторые – сопротивлений (резисторов). В таблицах не бывает четкого разграничения, учитывается практичность. Серебро с низким сопротивлением для создания проводов не применяют вовсе, для контактов приборов – редко. По очевидным причинам.
2. Сплавы с высокой упругостью применяются для создания гибких токонесущих частей: пружин, рабочих частей контакторов. Сопротивление обычно должно быть минимальным. Понятно, для этих целей в корне непригодна обычная медь, которой присуща большая степень пластичности.
3. Сплавы с высоким или низким температурным коэффициентом расширения. Первые служат основой создания биметаллических пластин, структурно служащих основой тепловых и пускозащитных реле. Вторые образуют группу инварных сплавов. Часто требуются, где важна геометрическая форма. У держателей нити накала в обыкновенной лампочке (замена дорогостоящему вольфраму) и вакуумплотных спаев на стыке со стеклом. Но еще чаще инварные сплавы никакого отношения к электричеству не имеют, используются в составе станков, приборов.

Формула связи удельного сопротивления с омическим

Физические основы электропроводности

Сопротивление проводника признано величиной, обратной электропроводности. В современной теории не установлено досконально, как происходит процесс образования тока. Физики часто упирались в стену, наблюдая явление, которое никак не могло быть объяснено с точки позиций ранее выдвигавшихся концепций. Сегодня доминирующей считается зонная теория. Требуется привести краткий экскурс развития представлений о строении вещества.

Изначально предполагалось: вещество представлено субстанцией, заряженной положительно, в ней плавают электроны. Так считал небезызвестный лорд Кельвин (урожденный Томсон), в честь которого названа единица измерения абсолютной температуры. Впервые сделал предположение о планетарной структуре атомов Резерфорд. Теория, выдвинутая в 1911 году, была сооружена на факте отклонения альфа-излучения веществами с большой дисперсией (отдельные частицы изменяли угол полета на весьма значительную величину). На основе существующих предпосылок автор заключил: положительный заряд атома сосредоточен внутри малой области пространства, которую назвали ядром. Факт отдельных случаев сильного отклонения угла полета вызван тем, что путь частицы пролегал в непосредственной близости от ядра.

Так установлены пределы геометрических размеров отдельных элементов и для разных веществ. Заключили, что диаметр ядра золота укладывается областью 3 пм (пико – приставка к отрицательной двенадцатой степени десятки). Дальнейшее развитие теории строения веществ выполнил Бор в 1913 году. На основе наблюдения поведения ионов водорода сделал вывод: заряд атома составляет единицу, была определена масса, составившая примерно одну шестнадцатую веса кислорода. Бор предположил: электрон удерживается силами притяжения, определенными Кулоном. Следовательно, что-то удерживает от падения на ядро. Бор предположил, виновата центробежная сила, возникающая при вращении частицы по орбите.

Важную поправку к макету внес Зоммерфельд. Допустил эллиптичность орбит, ввел два квантовых числа, описывающих траекторию – n и k. Бор заметил: теория Максвелла для модели терпит крах. Движущаяся частица обязана порождать в пространстве магнитное поле, тогда постепенно электрон упал бы на ядро. Следовательно, приходится допустить: существуют орбиты, на которых излучения энергии в пространство не происходит. Легко заметить: предположения противоречат друг другу, лишний раз напоминая: сопротивление проводника, как физическую величину, сегодня неспособны объяснить физики.

Почему? Зонная теория выбрала базисом постулаты Бора, гласящие: положения орбит дискретны, вычисляются заранее, геометрические параметры связаны некоторыми соотношениями. Выводы ученого пришлось дополнить волновой механикой, поскольку сделанные математические модели бессильны оказались объяснить некоторые явления. Современная теория говорит: для каждого вещества предусмотрено в состоянии электронов три зоны:

1. Валентная зона электронов, прочно связанных с атомами. Требуется большая энергия – разорвать связь. Электроны валентной зоны в проводимости не участвуют.
2. Зона проводимости, электроны при возникновении в веществе напряженности поля образуют электрический ток (упорядоченное движение носителей заряда).
3. Запрещенная зона – область энергетических состояний, где электроны в нормальных условиях находиться не могут.

Необъяснимый опыт Юнга

Согласно зонной теории, у проводника зона проводимости перекрывается валентной. Образуется электронное облако, легко увлекаемое напряженностью электрического поля, образуя ток. По этой причине сопротивление проводника имеет столь малое значение. Причем ученые прилагают бесполезные усилия объяснить, что представляет собой электрон. Известно только: элементарная частица проявляет волновые и корпускулярные свойства. Принцип неопределенности Гейзенберга ставит факты на места: нельзя с вероятностью 100% одновременно определить местоположение электрона и энергию.

Что касается эмпирической части, учеными подмечено: опыт Юнга, проделанный с электронами, дает любопытный результат. Ученый пропускал поток фотонов через две близкие щели щита, получалась интерференционная картина, составленная рядом полос. Предложили проделать тест с электронами, случился коллапс:

1. Если электроны проходят пучком, минуя две щели, образуется интерференционная картина. Происходит, будто движутся фотоны.
2. Если электроны выстреливать по одному, ничего не меняется. Следовательно… одна частица отражается сама от себя, существует сразу в нескольких местах?
3. Тогда стали пытаться зафиксировать момент прохождения электроном плоскости щита. И… интерференционная картина пропала. Остались два пятна напротив щелей.

Эффект бессильны объяснить с научной точки зрения. Получается, электроны “догадываются” о проводимом наблюдении, перестают проявлять волновые свойства. Показывает ограниченность современных представлений физики. Хорошо, если бы этим можно было удовольствоваться! Очередной муж науки предложил вести наблюдение за частицами, когда они уже прошли сквозь щель (летели в определенном направлении). И что же? Снова электроны перестали проявлять волновые свойства.

Получается, элементарные частицы вернулись обратно во времени. В тот момент, когда проходили щель. Проникли в тайну будущего, узнав, будет ли вестись наблюдение. В зависимости от факта скорректировали поведение. Понятно, ответ не может быть попаданием в яблочко. Загадка ждет разрешения по сей день. Кстати, теория Эйнштейна, выдвинутая в начале XX века, теперь опровергнута: найдены частицы, скорость которых превышает световую.

Как образуется сопротивление проводников

Современные воззрения говорят: свободные электроны перемещаются по проводнику со скоростью порядка 100 км/с. Под действием возникающего внутри поля дрейф упорядочивается. Скорость перемещения носителей вдоль линий напряженности мала, составляет единицы сантиметров в минуту. В ходе движения электроны сталкиваются с атомами кристаллической решетки, некая доля энергии переходит в тепло. И меру этого преобразования принято называть сопротивлением проводника. Чем выше, тем больше электрической энергии переходит в тепло. На этом основан принцип действия обогревателей.

Параллельно контексту идет численное выражение проводимости материала, которое можно увидеть на рисунке. Для получения сопротивления полагается единицу разделить на указанное число. Ход дальнейших преобразований рассмотрен выше. Видно, что сопротивление зависит от параметров – температурное движение электронов и длина их свободного пробега, что прямо приводит к строению кристаллической решётки вещества. Объяснение – сопротивление проводников отличается. У меди меньше алюминия.

Удельное сопротивление — проводник — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Удельное сопротивление — проводник

Cтраница 1

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры, давления, материала и др., вследствие чего от этих же факторов зависит и сопротивление проводника. Наибольшее практическое значение имеет зависимость удельного сопротивления, а следовательно, и сопротивления проводника, от температуры. В общем случае эта зависимость достаточно сложна.  [1]

Удельное сопротивление проводников является величиной не постоянной, а зависящей от температуры. Для всех металлов сопротивление увеличивается с увеличением температуры. При небольших колебаниях температуры зависимость удельного сопротивления от температуры следует линейному закону. Для каждого металла существует определенный температурный коэффициент сопротивления а, который определяет собой изменение удельного сопротивления проводника, отнесенное к одному ому при повышении температуры на ГС.  [2]

Удельное сопротивление проводников лежит в пределах от 10 — 6 до 10 — 2 ом-см, а технических диэлектриков от 109 до 1020 ом-см. Эти пределы в известной мере условны, но приближенно отражают установившиеся в технике представления.  [3]

Удельное сопротивление проводника представляет собой сопротивление провода длиной I м и площадью поперечного сечения 1 мм2 при температуре 20 С.  [4]

Удельное сопротивление проводников и непроводников зависит от температуры.  [5]

Удельное сопротивление проводников первого рода зависит от температуры. Как правило, с ростом температуры оно повышается. Исключение составляют графит и уголь.  [6]

Чем меньше удельное сопротивление проводника, тем меньшее количество тепла ( при том же токе) в нем выделяется. При состоянии сверхпроводимости, когда удельное сопротивление становится неизмерим э малым, в проводнике при прохождении тока не выделяется сколько-нибудь заметного количества тепла. Так как при этом энергия тока никуда не тратится, то раз возбужденный в замкнутом сверхпроводнике то; поддерживается в нем неопределенно долго без затраты энергии извне.  [7]

Изменение удельного сопротивления проводника под действием растягивающих или сжимающих усилий называют тензорезистивным эффектом. Он характеризуется тензочувст-вительностью, устанавливающей связь между относительным изменением сопротивления и относительной деформацией.  [8]

Здесь р — удельное сопротивление проводника, остальные обозначения расшифрованы в предыдущей задаче.  [9]

От чего зависит удельное сопротивление проводника.  [10]

Если бы величина удельного сопротивления проводника р не зависела от его температуры, соотношение между допустимой плотностью тока / 1ДОп и допустимым превышением температуры проводника при коротком замыкании было бы относительно простым. В действительности удельное сопротивление р изменяется с нагревом проводника, и соотношение между плотностью тока и превышением температуры получается более сложным.  [11]

Чтобы повысить величину удельного сопротивления проводников, применяют сплавы нескольких металлов. Установлено, что только сплавы с неупорядоченной структурой обладают повышенными значениями удельного сопротивления и малыми значениями температурного коэффициента сопротивления. Сплавами с неупорядоченной структурой называются такие, в кристаллической решетке которых нет правильного чередования атомов металлов, составляющих сплав. Эти сплавы составляют группу проводниковых материалов с большим удельным сопротивлением и малыми значениями температурного коэффициента удельного сопротивления. Все перечисленные группы проводников обладают высокой пластичностью, позволяющей получать провода диаметром до 0 01 мм и ленты толщиной 0 05 — 0 1 мм.  [12]

Величина р называется удельным сопротивлением проводника.  [13]

Ом; Р — удельное сопротивление проводника.  [14]

При этом учитывается возрастание удельного сопротивления проводника при его нагреве.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Сопротивление проводника | Anixter

The Wire Wisdom В статье «Проводники — электронная сверхмагистраль» обсуждались проводники разных размеров и причины их существования. Одна из основных причин использования проводов разного диаметра — сопротивление. Сопротивление определяется как сопротивление потоку электрического тока через проводник. Важно отметить, что проводимость и удельное сопротивление (свойство, определяющее конечное сопротивление) обратно пропорциональны.Чем больше токопроводящий объект, тем меньше сопротивление. Эта мудрость проводов исследует, как сопротивление влияет на провод и кабель.

class = «header3″>

Лучшие проводники в мире, за исключением сверхпроводников, обладают некоторым сопротивлением. Несмотря на то, что большинство людей считают, что золото является лучшим проводником из-за его обычного использования в высококачественных потребительских товарах, на самом деле это серебро (золото используется в этих продуктах, потому что оно не подвержено коррозии и его можно оставить без обработки на полке в течение нескольких месяцев или нескольких месяцев). годы).Электричество также может протекать через неметаллы (например, дерево, пластик, резину и стекло), но сопротивление гораздо ниже у металлов, таких как серебро и золото. Несмотря на то, что золото и серебро имеют низкое сопротивление, в большинстве случаев они слишком дороги, чтобы их можно было применять в любой форме, кроме гальваники.

class = «header3″>

В конце 1700-х годов медь оказалась более экономичным вариантом, чем серебро. Его низкое сопротивление, широкая доступность и относительно низкая стоимость вывели его на вершину списка предпочтительных проводников.Количество медной продукции, потребленной в США в прошлом году, может сделать провод 12 AWG достаточно длинным, чтобы совершить 140 полетов на Луну.

class = «header3″>

Алюминий — еще один широко используемый материал для проведения электричества. Обладая проводимостью 62 процента меди, он имеет немного более высокое сопротивление, чем золото, но при относительно низком весе, учитывая его уровень сопротивления. Кроме того, она дешевле меди: в настоящее время она дешевле меди в пересчете на фунт за фунт.Однако требуется больший объем проводника, чем у меди, что означает, что он не так идеален для небольших приложений с ограниченным пространством.

class = «header3″>

Сопротивление — это противодействие протеканию электрического тока, точнее, неизменяющегося тока (то есть постоянного тока (DC)). Импеданс — это противодействие протеканию переменного тока (т. Е. Переменного тока (AC)). Эти два параметра иногда используются новичками как взаимозаменяемые, и для многих приложений они дают одинаковые результаты.Фактически, у них общая единица: ом.

Поскольку омы представляют собой величину сопротивления, которую будет иметь провод или кабель, обычно желательно поддерживать как можно меньшее количество Ом. Основная причина этого — эффективность. В большинстве случаев более низкое сопротивление означает, что меньшая мощность преобразуется в тепло и теряется в окружающей среде, а большая часть подаваемой мощности попадает в предназначенное место. Это также означает, что провод и кабель будут холоднее, а источник питания может быть меньше для данной нагрузки.Поскольку тепло может вызвать катастрофический отказ или сократить срок службы провода или кабеля, рекомендуется свести к минимуму количество тепла, выделяемого сопротивлением в проводе. Поскольку производство электроэнергии в возобновляемых источниках энергии с помощью портативных генераторов или генератора переменного тока, как правило, является дорогостоящим, всегда желательно оптимизировать энергосбережение в проводниках.

class = «header3″>

Помимо выбора эффективного материала, такого как медь, есть несколько простых вещей, которые можно сделать, чтобы уменьшить сопротивление проводника.Проводники имеют меньшее сопротивление при более низких температурах. Сохранение проводника в холодном состоянии поможет сохранить низкое сопротивление и снизит потери мощности на нагрев проводника. Установка проводника в месте с потоком охлаждающего воздуха повысит его эффективность, поскольку снизит сопротивление (это также поможет предотвратить преждевременное старение изоляции и материалов оболочки).

Еще более простой подход — просто выбрать провод большего размера. В приложениях, где продукт будет использоваться постоянно, большой проводник часто окупается.Срок окупаемости увеличения стоимости более крупного проводника при определенных обстоятельствах может составлять всего три месяца [1]. Более крупный проводник будет иметь меньшее сопротивление из-за увеличенного объема проводящего материала. Поскольку сопротивление определяется материалом и его объемным сопротивлением (сопротивление на единицу объема), чем больше у вас объем материала, тем ниже будет сопротивление. Думайте об этом как о межгосударственном шоссе: чем больше у вас полос, тем меньше сопротивление будет в час пик.

Сопротивление — важный компонент электрических характеристик провода или кабеля. Значения сопротивления для проводов обычных размеров опубликованы в различных отраслевых изданиях, включая Технический справочник Anixter. Эти значения обычно основаны на 20 ° C и будут разными при разных температурах.

---

^{_{Примечание. Сопротивление также влияет на допустимую нагрузку и падение напряжения в проводнике. Эти темы более подробно обсуждаются в других разделах Wire Wisdoms.}}

Факты о меди. Электрические. Ассоциация развития меди. Web 20 декабря 2011 г.

Факторы, влияющие на сопротивление провода

Сопротивление объект является мерой того, насколько резистентный ток должен течь через этот объект. Ему присвоен символ R и единица измерения W (греческая буква омега и произносится как «ом») . Только ток течет через компонент цепи, если разность потенциалов (напряжение) равна положить через это.Чем больше разность потенциалов на концах, тем больше больше текущий поток. Это потому, что есть более крутая электрическая наклон ‘на месте, чтобы заряды скользили вниз … круче наклон — быстрее горка! Уравнение ниже используется для определения сопротивления компонента на основе измерений ток, протекающий через него, и разность потенциалов на его заканчивается.

Банка вы набрасываете принципиальную схему подходящей схемы, которую вы могли бы использовать, чтобы найти откуда такая информация?

Ты должен быть способен!

В = I R Где В = разность потенциалов в вольтах (В) Я = ток в амперах (A) и R = сопротивление в Ом ()

Current — курс расхода заряда .Заряд, текущий по проводу, переносится электронами. которые вращаются вокруг атомов, составляющих проволоку. Как только разность потенциалов электроны обычно дрейфуют в одном направлении (вы можете подумать как скатывание по склону). Чем больше p.d. тем быстрее их средний скорость, и чем больше заряд переместится за точку в секунду — больше Текущий!

Увеличение числа электронов, испытывающих «наклон», будет означать больший поток через точку в секунда и так больше заряда проходит точку за секунду и больше тока потоки.

Всего четыре факторы, влияющие на сопротивление провода:

Сопротивление пропорционально длине . Если взять провод разной длины и дать каждому конкретную разность потенциалов на концах. В чем длиннее провод, тем меньше вольт будет на каждый его сантиметр. Этот означает, что «электрический наклон», который заставляет электроны двигаться, становится менее крутой по мере удлинения проволоки, а средняя скорость дрейфа электронов уменьшается.Правильный термин для этого «электрического наклона» — градиент потенциала. Меньший градиент потенциала (меньше вольт на метр) означает, что ток уменьшается с увеличением длины и сопротивления увеличивается.

Сопротивление обратно пропорциональна площади поперечного сечения . Чем больше площадь поперечного сечения провода тем больше количество электронов которые испытывают «электрический наклон» из-за разницы потенциалов.Поскольку длина проволоки не меняется, каждый сантиметр остается прежним. количество вольт на нем — градиент потенциала не меняется и поэтому средняя скорость дрейфа отдельных электронов не изменяется. изменение. Хотя они не двигаются быстрее, их больше движется, так что общее движение заряда за заданное время больше и текущий поток увеличивается. Это означает, что сопротивление уменьшается. Это делает не приводят к прямолинейному графику, так как площадь поперечного сечения обратно пропорционально сопротивлению не прямо пропорционально Это.

Физики любят строить отношения по прямой линии, если могут …. ты можешь подумать способа получить прямой график через начало координат? Что бы у вас есть сюжет?

Сопротивление зависит по материалу проволока сделана из . Тем плотнее атом удерживает свои внешние электроны, тем труднее будет сделать текущий поток.Электронная конфигурация атома определяет насколько атом будет готов позволить электрону уйти и блуждать через решетку. Если оболочка почти заполнена, атом неохотно позволять его электронам блуждать, а материал, в котором он находится, является изолятором. Если внешняя оболочка (или подоболочка с переходными металлами) меньше чем наполовину заполнен, тогда атом готов позволить электронам блуждать а материал — проводник.

А график для этого будет гистограммой, а не линейным графиком.

Сопротивление увеличивается с температурой проволоки . Более горячий провод имеет большее сопротивление из-за повышенной вибрации атомной решетки. Когда материал нагревается, атомы в решетке вибрируют сильнее. Это затрудняет движение электронов без взаимодействия. с атомом и увеличивает сопротивление. Связь между сопротивлением и температура не из простых.

((альфа) коэффициент термического сопротивления)

——————————————-

На уровне A мы будем поместите эти уравнения в уравнение. Проверять прочти страницу и читай дальше …..

ресурсов

Сопротивление

Сопротивление — это противодействие текущему току. В электрической цепи все имеет сопротивление, в том числе и проводники.

Некоторые факторы, определяющие величину сопротивления проводника, объясняются ниже.

Материал проводника

Величина сопротивления проводника будет зависеть от атомной структуры материала проводника. Величина сопротивления материала называется его «удельным сопротивлением».

Символ удельного сопротивления материала: ρ (ро).

Кол-во	Символ	Установка	Аббревиатура	Значение
удельное сопротивление	ρ	Ом / метр	Ом / м	сопротивление материала

В следующей таблице показано удельное сопротивление ряда проводников.

Таблица удельного сопротивления металлов (при 20,5 ° C)

Металл	Удельное сопротивление (Ом — метр)
Серебро	1,65 x 10 -8
Медь	1,72 х 10 -8
Алюминий	3.2 х 10 -8
Никель	8,7 x 10 -8
Утюг	11 x 10 -8
нихром	112 x 10 -8

Температура

При повышении или понижении температуры значение сопротивления изменяется.

Материал с положительным температурным коэффициентом (PTC) будет увеличивать сопротивление с повышением температуры.

Материал с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) будет снижать сопротивление с повышением температуры.

Длина проводника

Так изменяется сопротивление проводника в зависимости от его длины.

Длина проводника — сопротивление

Увеличенная длина проводника прямо пропорциональна увеличению сопротивления.

Площадь поперечного сечения проводника

Чем тоньше или меньше диаметр (площадь поперечного сечения), тем больше сопротивление.

Поперечное сечение двух проводников

Проволока диаметром 3 мм будет иметь в четыре раза большее сопротивление, чем проволока диаметром 6 мм.

Расчет сопротивления жилы

Следующая формула может использоваться для расчета сопротивления отрезка проводника (при 20 градусах Цельсия).

R = ρ л / A

где

R = сопротивление в Ом

ρ = удельное сопротивление в омметрах

l = длина в метрах

A = площадь поперечного сечения в квадратных метрах (м2)

Как измерить сопротивление проводника

AutoQuiz редактирует Джоэл Дон, менеджер сообщества ISA в социальных сетях.

Сегодняшний вопрос викторины по автоматизации исходит из программы сертификации ISA Certified Automation Professional. Сертификация ISA CAP обеспечивает непредвзятую, стороннюю, объективную оценку и подтверждение навыков профессионала в области автоматизации. Экзамен CAP ориентирован на направление, определение, проектирование, разработку / применение, развертывание, документацию и поддержку систем, программного обеспечения и оборудования, используемых в системах управления, производственных информационных системах, системной интеграции и операционном консультировании.Щелкните эту ссылку для получения дополнительной информации о программе CAP. Следующий вопрос исходит из руководства CAP, Performance Domain III, System Design, Design, укажите и закупите оборудование / программное обеспечение, используемое в системе .

Какое сопротивление 1000 футов (304,8 метра) медного провода (удельное сопротивление = 10,37) при площади поперечного сечения 10370 см (5,255 квадратных миллиметра) и температуре провода 20 ° C? (Учитывая R = r L / A)

a) 1 Ом
b) 2 Ом
c) 10 Ом
d) 100 Ом
e) ничего из вышеперечисленного

Круглый мил (см) — единица площади, равная площади круга диаметром один дюйм.«Мил — одна тысячная дюйма.

В США Национальный электротехнический кодекс использует круглую милю для определения размеров проводов, превышающих 4/0 AWG.

Сопротивление длины L (фут) проводника может быть определено с использованием удельного сопротивления и площади поперечного сечения A (см · мил) с помощью уравнения R = r L / A.

Удельное сопротивление (r) выражается в единицах (Ом • см · мил) / фут.

Вопрос дает температуру проволоки, потому что сопротивление металла увеличивается с температурой.20 ° C — стандартная температура, и эта информация гарантирует, что температура не имеет значения.

Ответ A , 1 Ом, правильно.

Ссылка: Томас А. Хьюз, Программируемые контроллеры , ISA Press.

Выбор проводника | IEWC.com

Даже при проектировании простого одиночного изолированного провода необходимо учитывать множество факторов: температуру, напряжение, сопротивление проводника постоянному току, изоляцию, наружный диаметр, требуемую гибкость, физические свойства проводника (прочность на разрыв , падение напряжения , проводимость, вес ) и, при необходимости, конкретные электрические характеристики, такие как диэлектрические свойства изоляционного материала.

Прежде чем выбрать конкретный изолированный провод, следует учесть множество факторов. К проводнику относятся: размер, скрутка и материал.

Размер проводника

РАЗМЕР Определяется с учетом требований к сопротивлению постоянному току, допустимой нагрузке по току и прочности на разрыв.

МАНОМЕТР Самым важным фактором при расчете индивидуального размера AWG является минимальная площадь CIRCULAR MIL, установленная ASTM (Американское общество по испытанию материалов) для соответствия требованиям UL, CSA и военным требованиям, а также SAE (Общество автомобильных инженеров) для большинства автомобильных товаров.

Калибр

обозначается как AWG (американский калибр проводов) в США и Канаде. Увеличение номера калибра приводит к уменьшению диаметра проволоки.

Размер также может быть выражен как CMA (Circular Mil Area) , термин, используемый для определения площадей поперечного сечения с использованием арифметического сокращения, в котором площадь круглого провода принимается как «диаметр в милах (0,001»). в квадрате.

MCM = 1000 круговых милов, например: 500 MCM — это 133 нити из.Отдельные проволоки размера 0613, каждая из которых имеет 3757 круговых милов, что составляет примерно 500000 круглых милов или 500 x 1000, что равно 500MCM.

500 MCM = 133 нити из материала диаметром 3757 мил (примерно 14 AWG) или 499,681 всего круглого мил.

Метрический эквивалент AWG

AWG	мм2
28	0,08
26	0.14
24	0,25
22	0,34
21	0,38
20	0,50
18	0,75
17	1,0
16	1,5
12	4.0
10	6,0
8	10
6	16
4	25
2	35
1	50
1/0	55
2/0	70
4/0	120
300MCM	150
350MCM	185
500MCM	240
600MCM	300
750MCM	400
1000MCM	500

Скрутка проводов

СТЯЖНЫЕ ПРОВОДНИКИ Многожильные проводники, разработанные как способ преодоления жесткости сплошных проводников, состоят из проводов меньшего калибра, скрученных в пучки или намотанных вместе, чтобы образовать провод большего размера.Калибровочный размер многожильных проводников часто выражается как комбинация общего размера и размера отдельной жилы.

ПРИМЕР: 16 AWG 26/30 — 16 — это общий калибр, 26 — количество жил, 30 — калибр каждого из 26 проводов. Это также можно выразить как 26 / 0,0100 с использованием десятичного размера.

Многожильные проводники предпочтительнее по нескольким причинам:

ГИБКОСТЬ ПРОВОДНИКА намного больше у многожильных проводов, что упрощает их установку.

FLEX LIFE длиннее, чем у одножильных проводов. Многожильные проводники могут выдерживать большую вибрацию и изгиб перед разрывом. Вообще говоря, чем тоньше скрутка, тем гибче будет проводник.

ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ многожильного провода, например царапины или надрезы, будет менее серьезным, чем аналогичное повреждение сплошного провода.

СЧЕТЧИК НИТИ влияет как на гибкость, так и на стоимость проводника. Для проводов любого размера, чем больше жил, тем гибче и дороже становится проводник.

Материал проводника

МЕДЬ Медь, как голая, так и луженая, является наиболее часто используемым проводящим металлом.

Для применений, в которых медь не подходит, доступно несколько вариантов:

АЛЮМИНИЙ Этот металл имеет многие свойства, аналогичные свойствам меди; пластичность, пластичность, теплопроводность и электрическая проводимость, а также способность покрывать (выдавливаться) практически любым материалом, подходящим для изоляции меди. В то время как стоимость проводов иногда может быть уменьшена за счет использования алюминия (особенно в больших диаметрах), экономия уменьшается по мере уменьшения размеров.Алюминий редко используется в OEM-приложениях.

К недостаткам алюминиевых проводников относятся:

• Алюминий имеет только 61% проводимости меди, поэтому диаметр провода должен быть на 50% больше, чтобы обеспечить эквивалентную пропускную способность по току. Это может привести к значительному увеличению внешнего диаметра проволоки. Срок службы гибкого кабеля также составляет от 1/2 до 1/3 срока службы меди.
• Основное преимущество использования алюминия — снижение веса; алюминий весит на 1/3 меньше меди.
• Алюминий трудно паять с другими металлами.
• Алюминий может вызвать коррозию при контакте с некоторыми металлами.
• Алюминий требует очистки перед окончательной обработкой, что может занять много времени.
• Алюминий обычно не тянут в меньших размерах.

СТАЛЬ С БРОНЗОМ ИЛИ МЕДЬЮ С ПОКРЫТИЕМ Если требуется высокая прочность на разрыв, например, коаксиальные кабели или специальные шнуры, лучше всего подойдет сталь с бронзовым или медным покрытием.

СПЛАВЫ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ Хотя эти проводники из медного сплава дороже, чем стальная проволока с медным или бронзовым покрытием, они позволяют значительно уменьшить размер и / или вес. Высокопрочные сплавы обеспечивают высокую прочность на разрыв и больший срок службы при изгибе при небольшом увеличении сопротивления постоянному току. Чаще всего используются кадмиево-хромовая медь, кадмиевая медь, хром-медь и цирконий.

Измерение силы тока

Измерение силы тока

Величина тока измеряется в АМПЕРАХ.Ток одного Считается, что ампер течет, когда один кулон заряда проходит точку за одну секунду. Помнить, один кулон равен заряду 6,28 x 10 18 электронов.

Часто ампер слишком велик для измерения. Текущий. Следовательно, МИЛЛИАМПЕР (мА), одна тысячная ампер, или МИКРОАМПЕР (A), используется одна миллионная ампера. Устройство, используемое для измерения тока, называется АММЕТР и будет подробно рассмотрен в следующем модуле.

Q48. Преобразовать 350 мА в амперы. Испытай себя

---

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Известно, что направленное движение электронов составляет текущий поток.Также известно, что электроны не могут свободно перемещаться по проводнику. кристаллическая структура. Некоторые материалы мало противодействуют текущему течению, в то время как другие сильно противодействуют текущему течению. Это противодействие текущему течению известно как СОПРОТИВЛЕНИЕ. (R), а единицей измерения является ОМ. Стандарт измерения для одного Ом — это сопротивление, обеспечиваемое при нулевых градусах Цельсия столбиком ртути, имеющим площадь поперечного сечения один квадратный миллиметр и длина 106.3 сантиметра. А проводник имеет сопротивление в один Ом, когда приложенный потенциал в один вольт создает ток в один ампер. Символ, используемый для обозначения ома, — греческая буква омега (W).

Сопротивление, хотя и является электрическим свойством, определяется физическая структура материала. Сопротивление материала определяется многими из те же факторы, которые контролируют ток. Поэтому при дальнейшем обсуждении факторы которые влияют на протекание тока, будут использоваться для объяснения факторов влияя на сопротивление.

Q49. Что означает символ Ом? Испытай себя

---

Факторы, влияющие на сопротивление

Величина сопротивления частично определяется «количество свободных электронов», имеющихся в материале.Поскольку уменьшение количество свободных электронов уменьшит ток, можно сказать, что сопротивление току (сопротивление) больше в материале с меньшим количеством свободных электроны. Таким образом, сопротивление материала определяется количеством свободных электроны, имеющиеся в материале.

Знание условий, ограничивающих протекание тока и, следовательно, теперь можно использовать сопротивление аффекту для определения того, как тип материала, физические размеры и температура влияют на сопротивление проводника.

ВИД МАТЕРИАЛА. — В зависимости от их атомной структуры разные материалы будут иметь разное количество свободных электронов. Поэтому различные проводники, используемые в электротехнике, имеют разные значения сопротивления.

Рассмотрим простую металлическую субстанцию. Большинство металлов являются кристаллическими в структуры и состоят из атомов, которые прочно связаны в сетке решетки. Атомы такие элементы расположены так близко друг к другу, что электроны во внешней оболочке атома связан с одним атомом столько же, сколько и с его соседом.(См. Рис. 1-27, вид A). Как В результате сила прикрепления внешнего электрона к отдельному атому равна практически ноль. В зависимости от металла, по крайней мере, один электрон, иногда два, а в В редких случаях в этом состоянии существует три электрона на атом. В таком случае относительно небольшое количество дополнительной энергии электронов освободило бы внешние электроны от притяжение ядра. При нормальной комнатной температуре материалы этого типа имеют много свободные электроны и хорошие проводники.Хорошие проводники будут иметь низкое сопротивление.

Рисунок 1-27. — Атомный интервал в проводниках.

Если атомы материала расположены дальше друг от друга, как показано на Рисунок 1-27 вид B, электроны во внешних оболочках не будут одинаково прикреплены к несколько атомов, вращающихся вокруг ядра. Их привлечет ядро только родительский атом.Следовательно, для высвобождения любого из них требуется большее количество энергии. электроны. Материалы этого типа являются плохими проводниками и поэтому имеют высокий сопротивление.

Серебро, золото и алюминий — хорошие проводники. Поэтому материалы состоящий из их атомов, имел бы низкое сопротивление.

Элемент медь является проводником, наиболее широко используемым во всем мире. электрические приложения. Серебро имеет более низкое сопротивление, чем медь, но его стоимость ограничена. использование в цепях, где требуется высокая проводимость.

Алюминий, который значительно легче меди, используется в качестве проводник, когда вес является основным фактором.

Q50. Когда серебро будет использоваться в качестве проводника вместо меди? Испытай себя

ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОЙ ПЛОЩАДИ. — Площадь поперечного сечения значительно влияет на величину сопротивления. Если площадь поперечного сечения проводника равна увеличивается, большее количество электронов доступно для движения через дирижер.Следовательно, при заданной величине приложенного напряжения будет течь больший ток. An увеличение тока указывает на то, что когда площадь поперечного сечения проводника увеличилось, сопротивление должно быть уменьшено. Если площадь поперечного сечения проводника уменьшается, количество доступных электронов уменьшается, и для данной прикладной напряжение, ток через проводник уменьшается. Уменьшение тока указывает на что при уменьшении площади поперечного сечения проводника сопротивление должно иметь повысился.Таким образом, СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ЕГО ПЛОЩАДЬ РАЗРЕЗА.

Диаметр проводников, используемых в электронике, часто составляет всего лишь доли дюйма, поэтому диаметр выражается в мил (тысячные доли дюйм). Также стандартной практикой является присвоение единице кругового мила поперечному сечению. площадь проводника. Круговой мил находится путем возведения в квадрат диаметра, когда диаметр выражается в мил.Таким образом, если диаметр 35 мил (0,035 дюйма), круглая площадь mil равна (35) 2 или 1225 круговых милов. Проиллюстрировано сравнение между квадратным милом и круглым милом. на рисунке 1-28.

Рисунок 1-28. — Квадратные и круглые милы.

ВЛИЯНИЕ ДЛИНЫ ПРОВОДНИКА. — Длина проводника также равна коэффициент, определяющий сопротивление проводника.Если длина проводника равна увеличивается, увеличивается количество отдаваемой энергии. Когда свободные электроны перемещаются от атома к Атому выделяется некоторая энергия в виде тепла. Чем длиннее проводник, тем больше энергии теряется согревать. Дополнительная потеря энергии вычитается из энергии, передаваемой через проводник, что приводит к уменьшению тока, протекающего при заданном приложенном напряжении. А уменьшение протекания тока указывает на увеличение сопротивления, так как напряжение удерживалось постоянный.Следовательно, если длина проводника увеличивается, сопротивление увеличивается. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ЕГО ДЛИНЕ.

Q51. Какой провод имеет наименьшее сопротивление? Проволока А-медь, 1000 круговых милов, 6 дюймов длинный. Проволока B-медь, 2000 круговых милов, длина 11 дюймов. Испытай себя

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ. — Температурные изменения влияют на сопротивление материалов по-разному.В некоторых материалах повышение температуры вызывает увеличение сопротивления, тогда как у других повышение температуры вызывает уменьшение сопротивление. Величина изменения сопротивления на единицу изменения температуры известна как КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ. Если при повышении температуры сопротивление материал увеличивается, считается, что он имеет ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ. Материал сопротивление которого уменьшается с повышением температуры, имеет ОТРИЦАТЕЛЬНУЮ ТЕМПЕРАТУРУ КОЭФФИЦИЕНТ.Большинство проводников, используемых в электронике, имеют положительную температуру. коэффициент. Однако углерод, часто используемый материал, представляет собой вещество, имеющее отрицательные температурный коэффициент. Некоторые материалы, такие как сплавы константана и манганина, считаются имеющими НУЛЕВОЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ, потому что их сопротивление остается относительно постоянный при изменении температуры.

Q52. Какой температурный коэффициент указывает на материал, сопротивление которого увеличивается как температура повышается? Проверьте себя
В53.Какой термин описывает материал, сопротивление которого остается относительно постоянным с изменения температуры? Испытай себя

проводников и изоляторов: что это такое и почему они важны? (с диаграммой)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Кевин Бек

Чтобы понять электрические цепи и то, как люди могут приводить в действие все, от огней в своих домах до электропоездов (и, с течением времени, все больше и больше, электромобили), на которых они работают, вы сначала должны понять, что такое электрический ток и что позволяет току течь.

Электрический ток — это результат движения электронов, которые представляют собой почти безмассовые субатомные частицы, несущие очень и очень небольшой отрицательный заряд. Когда вы слышите о «соке» (как часто называют электричество), «протекающем» по проводам питания или по телевизору, это относится к потоку электронов по проводам в цепи. Металлические провода специально выбраны для передачи электричества, потому что они имеют сравнительно низкое электрическое сопротивление .

Электроны могут служить средой для токов, потому что, подобно кометам, вращающимся вокруг Солнца на огромных расстояниях, они существуют вне ядра атома, где «живут» протоны и нейтроны, и они значительно менее массивны, чем любая ядерная частица (а также протоны и нейтроны сами по себе ужасно легкие).

Атомы разных элементов различаются по массе, количеству частиц и другим внутренним особенностям, и уникальная конфигурация каждого атома определяет, является ли он хорошим проводником, плохим проводником (то есть изолятором) или чем-то средним.

Основы электрического заряда и тока

Электрический ток (обозначенный как I и измеренный в амперах или A) — это поток электрического заряда (обозначается как q и измеряется в кулонах ( или C) в форме электронов, проходящих через проводящую среду, такую ​​как медная проволока.Электроны движутся из-за влияния разности электрических потенциалов (напряжений) между точками вдоль провода, испытывая сопротивление (обозначено R и измерено в Ом, или Ом). .

• Вся эта физика четко зафиксирована законом Ома :

V = IR

По соглашению, положительный заряд, помещенный рядом с положительным выводом или зарядом, имеет более высокий электрический потенциал, чем в более удаленных точках , все остальное то же самое.Напряжение измеряется в джоулях на кулон, или Дж / Кл, что представляет собой энергию на заряд. Это имеет смысл, потому что действие напряжения на заряды аналогично действию гравитации на массы.

Хотя любая точка может быть выбрана в качестве точки нулевого напряжения или гравитационной потенциальной энергии, данная масса всегда теряет гравитационную потенциальную энергию по мере того, как она перемещается ближе к центру Земли, а положительный заряд всегда теряет электрическую потенциальную энергию (что можно записать так: qE ) по мере удаления от источника положительного заряда.

Соображения о протекании тока

Учитывая то, что вы представили, вы, возможно, уже поняли, что электроны текут в направлении, противоположном положительным зарядам, и, следовательно, они теряют электрический потенциал в процессе протекания как элементы тока.

Это аналогично падению пианино с неба и потере гравитационной потенциальной энергии при приближении к Земле (энергия, которая сохраняется в форме увеличения кинетической энергии) и потерям энергии на трение (тепла) из-за сопротивления воздуха.

Когда вы представляете, как ток в проводе увеличивается, представьте, что количество электронов, проходящих через заданную точку, также увеличивается, с тем же уменьшением тока.

• Заряд отдельного электрона — 1,60 × 10 ^-19 C , а заряд протона + 1.60 × 10 ^-19 C. Это означает, что он занимает (1 / 1.60 × 10 ^-19 ) = 6,25 × 10 ¹⁸ (6 квинтиллионов) протонов, чтобы получить заряд 1,0 Кл.

Проводники и изоляторы

Насколько легко электроны могут перемещаться через материал, зависит от его проводимости .Электропроводность, обычно обозначаемая σ (греческая буква сигма), является свойством материи, которое зависит от определенных внутренних характеристик этой материи, некоторые из которых были затронуты ранее.

Наиболее важной является концепция свободных электронов , или электронов, принадлежащих атому, которые могут свободно «перемещаться» далеко от ядра. (Имейте в виду, что «далеко» в атомных терминах по-прежнему означает невероятно короткое расстояние по нормальным стандартам.) Самые удаленные электроны в любом атоме называются валентными электронами , и когда оказывается, что есть только один из них, как в случае с меди устанавливается идеальная ситуация для электронной «свободы».

Характеристики электрических проводников

Хорошие проводники электричества позволяют току протекать практически беспрепятственно, в то время как на другом конце спектра хорошие изоляторы сопротивляются этому потоку. Большинство обычных неметаллических материалов являются хорошими изоляторами; в противном случае вы бы постоянно испытывали поражение электрическим током после прикосновения к обычным предметам.

Насколько хорошо конкретный материал проводит, зависит от его состава и молекулярной структуры. В общем, металлические провода относительно легко проводят электричество, потому что их внешние электроны менее тесно связаны с соответствующими атомами и, следовательно, могут двигаться более свободно.Вы можете определить, какие материалы являются металлами, обратившись к периодической таблице элементов, например, в разделе Ресурсы.

• Бетон, хотя и гораздо менее проводящий, чем металлы, тем не менее считается проводником в целом. Это важно, учитывая, насколько высока доля бетона в городах мира!

Характеристики электрических изоляторов

• Рассмотрим утверждение « Большинство проводящих материалов имеют разное сопротивление при разных температурах .«Это правда или ложь? Объясните свой ответ.

В повседневной жизни изоляционных материалов больше, чем проводящих, что имеет смысл, учитывая строгие требования к изоляционным материалам, которые просто устраняют серьезную опасность из повседневных процессов. . Резина, дерево и пластик являются повсеместными и очень полезными изоляторами; практически каждый учится распознавать характерные оранжевые трубки вокруг удлинительных шнуров.

Учитывая известные опасности смешивания электроприборов и воды, большинство людей удивляется, узнав, что чистая вода — это изолятор.Вода, которая на самом деле состоит из водорода и кислорода без примесей, встречается редко, и ее можно получить только путем дистилляции в лабораторных условиях. Обычная вода часто содержит достаточное количество ионов (заряженных молекул), чтобы «нормальная» вода стала де-факто проводником.

Изоляторы, как и следовало ожидать, содержат материалы, элементы которых имеют валентные электроны, гораздо более плотно связанные с ядром, чем в случае с металлами.

Примеры проводников и изоляторов

10

Сопротивление и сверхпроводимость

Удельное сопротивление — это мера сопротивления материала потоку электронов.Измеряется в Ом-м (Ом · м), это концептуальная противоположность и математическая инверсия проводимости. Обычно его обозначают ρ (rho), поэтому ρ = 1 / σ. Обратите внимание, что удельное сопротивление отличается от сопротивления, которое определяется (или может быть) определено путем физического манипулирования размещением резисторов в цепи с известными значениями сопротивления.

Удельное сопротивление и сопротивление в проводе связаны уравнением:

R = \ frac {\ rho L} {A}

, где R и ρ — сопротивление и удельное сопротивление, а L и A — длина и площадь поперечного сечения провода.Изоляторы имеют значения удельного сопротивления порядка 10 ¹⁶ Ом · м, тогда как металлы проверяются в диапазоне 10 ^-8 Ом · м. При комнатной температуре все материалы обладают некоторой измеримой степенью сопротивления, но сопротивление проводников невелико.

• Сопротивление большинства материалов зависит от температуры; часто при более низких температурах сопротивление снижается.
  

  alexxlab

  Добавить комментарий Отменить ответ

  Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  Комментарий *

  Имя *

  Email *

  Сайт

  Рубрики

  • Прост
  • Радио
  • Разное
  • Своими руками
  • Советы
  • Схем
  • Схемы
  • Транзист
  • Транзисторы
  • Электрон
  • Электроника

Проводники и изоляторы

Хорошие проводники	Хорошие изоляторы
Медь 08	4 Медь 058	4 Золото
Алюминий	Фарфор
Железо	Керамика
Сталь	Кварц 8 90ss9 02 Кварц 8 90ss9 02
Бронза	Воздух
Меркурий	Дерево
Графит	Алмаз