52. Расчёт сопротивления проводников » ГДЗ (решебник) по физике 7-11 классов

1302. а) Площади поперечных сечений и длины нихромовой и железной проволок одинаковы. Какая из них обладает большим сопротивлением; во сколько раз?
б) Площади поперечных сечений стальных проволок с одинаковыми длинами равны 0,05 и 1 мм2. Какая из них обладает меньшим сопротивлением; во сколько раз?
а) Сопротивление нихромовой проволоки в 11 раз больше сопротивления железной проволоки, поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению, а удельное сопротивление нихрома в 11 раз больше удельного сопротивления железа.
б) Сопротивление проволоки с большей площадью поперечного сечения меньше в 20 раз, поскольку сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения, а площадь более толстой проволоки больше в 20 раз больше, чем тонкой.

1303. Сопротивление проволоки длиной 1 км равно 5,6 Ом. Определите напряжение на каждом участке проволоки длиной 100 м, если сила тока в ней 7 мА.

1304. Для чего на электрифицированных железных дорогах на стыках рельсов устанавливают соединители в виде жгутов из толстой медной проволоки, приваренных к концам обоих рельсов?
Для уменьшения сопротивления на стыках рельсов.

1305. Во сколько раз сопротивление стальной проволоки длиной 1 м больше сопротивления железной проволоки той же длины и такой же площади поперечного сечения?
Сопротивление стальной проволоки в 1,5 раза больше сопротивления железной проволоки, поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению, а удельное сопротивление стали в 1,5 раза больше удельного сопротивления железа.

1306. Имеются две проволоки из одного и того же материала с одинаковой площадью поперечного сечения. Длина первой равна 20 см, второй 1 м. Сопротивление какой проволоки больше; во сколько раз?
Сопротивление более длинной проволоки больше в 5 раз, поскольку сопротивление проводника прямо пропорционально его длине.

1307. Алюминиевая и медная проволоки имеют равные массы и одинаковые площади поперечных сечений. Какая из проволок имеет большее сопротивление?

1308. Имеются два однородных проводника, однако первый в 8 раз длиннее второго, который имеет вдвое большую площадь поперечного сечения. Какой из проводников обладает большим сопротивлением; во сколько раз? 

1309. Два куска железной проволоки имеют одинаковые массы. Длина одного из них в 10 раз больше длины другого. Какой кусок проволоки имеет большее сопротивление; во сколько раз?

1310. После протягивания проволоки через волочильный станок длина ее увеличилась в 3 раза. Как изменилось сопротивление этой проволоки?

1311. После протягивания проволоки через волочильный станок длина ее увеличилась в 4 раза. Каким стало сопротивление этой проволоки, если до волочения ее сопротивление было 20 Ом?

1312. Определите устно, каким сопротивлением обладают железный проводник длиной 10 м и медный проводник длиной 100 м, если площади поперечных сечений этих проводников равны 1 мм2.

1313. Рассчитайте сопротивление медного контактного провода, подвешенного для питания трамвайного двигателя, если длина провода равна 5 км, а площадь поперечного сечения — 0,65 см2.

1314. Вычислите, каким сопротивлением обладает нихромовый проводник длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,75 мм2.

1315. Шнур, употребляемый для подводки тока к телефону, для гибкости делают из многих тонких медных проволок. Рассчитайте сопротивление такого провода длиной 3 м, состоящего из 20 проволок площадью поперечного сечения 0,05 мм2 каждая.

1316. Чему равно сопротивление константановой проволоки длиной 8 м и площадью поперечного сечения 2 мм2?

1317. Определите сопротивление телеграфного провода между Москвой и Санкт-Петербургом, если расстояние между городами равно около 650 км, а провода сделаны из железной проволоки площадью поперечного сечения 12 мм2.

1318. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

1319. Рассчитайте силу тока, проходящего по медному проводу длиной 100 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 при напряжении 6,8 В.

1320. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

1321. Обмотка реостата, изготовленная из никелиновой проволоки, имеет сопротивление 36 Ом. Какой длины эта проволока, если площадь ее поперечного сечения равна 0,2 мм2?

1322. Сопротивление изолированной нейзильберовой проволоки, намотанной на катушку, 100 Ом. Сколько метров проволоки площадью поперечного сечения 0,35 мм2 намотано на катушку? (Удельное сопротивление нейзильбера равно 0,2 Ом•мм2/м.)

1323. Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного сечения 0,5 мм2, чтобы сопротивление ее было равно 34 Ом?

1324. Какой длины медная проволока намотана на катушку электрического звонка, если сопротивление ее равно 0,68 Ом, а площадь поперечного сечения 0,35 мм2?

1325. Сопротивление проволоки, у которой площадь поперечного сечения 0,1 мм2, равно 180 Ом. Какой площади поперечного сечения надо взять проволоку той же длины и из того же материала, чтобы получить сопротивление 36 Ом?

1326. Проводник, у которого площадь поперечного сечения 0,5 мм2 и сопротивление 16 Ом, надо заменить проводником из того же металла и той же длины, но сопротивлением 80 Ом. Какой площади поперечного сечения проводник необходимо подобрать для этой замены?

1327. Масса 1 км контактного провода на пригородных электрифицированных железных дорогах составляет 890 кг. Каково сопротивление этого провода?

1328. В спирали электронагревателя, изготовленного из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм2, при напряжении 220 В сила тока 4 А. Какова длина проволоки, составляющей спираль?

1329. Какой площади поперечного сечения нужно взять кусок стальной проволоки длиной I, чтобы сопротивление ее было равно сопротивлению алюминиевой проволоки длиной 21 и площадью поперечного сечения 0,75 мм2?

1330. Какая должна быть длина и максимальная площадь поперечного сечения никелиновой проволоки, имеющей сопротивление 2 Ом на длине 1 м, чтобы в изготовленном из нее нагревательном приборе при включении в сеть с напряжением 220 В сила тока не превышала 4 А?

1331. Измерения показали, что проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 0,2 мм2 имеет сопротивление 2,5 Ом. Каково название сплава металлов, из которого изготовлен проводник?

1332. а) Определите массу железной проволоки площадью поперечного сечения 2 мм2, взятой для изготовления реостата сопротивлением 6 Ом.
б) Сопротивление медного контактного провода на длине 1 км, подвешенного для питания двигателя электровоза на электрифицированной железной дороге, равно 0,17 Ом. Какова площадь поперечного сечения этого провода? Какова масса этого провода?

1333. Какова масса медной проволоки длиной 2 км и сопротивлением 8,5 Ом?

1334. Какой массы надо взять никелиновый проводник площадью поперечного сечения 1 мм2, чтобы из него изготовить реостат сопротивлением 10 Ом? (Плотность никелина 8,8 г/см3.)

1335. Какой длины надо взять железную проволоку площадью поперечного сечения 2 мм2, чтобы ее сопротивление было таким же, как сопротивление алюминиевой проволоки длиной 1 км и сечением 4 мм2?

1336. Какой площади поперечного сечения нужно взять железную проволоку длиной 10 м, чтобы ее сопротивление было такое же, как у никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,2 мм2 и длиной 1 м?

Электрическое сопротивление r (Ом) 1м проволоки (провода…) в зависимости от ее диаметра d и материала.

Электрическое сопротивление r (Ом) 1м проволоки (провода…) в зависимости от ее диаметра d или сечения и материала при 20 °С. Электрическое сопротивление r (Ом) 1м проволоки (провода…) в зависимости от ее диаметра d и материала при 20 °С.. d, мм сечение, мм2 Материал проволоки алюминиевая медная вольфрамовая стальная никелиновая нихромовая 0,05 0,001963 13,68 8,66 28 51 204 510 0,10 0,00785 3,42 2,16 7,0 12,7 51 128 0,30 0,0707 0,379 0,240 0,778 1,41 5,41 14,14 0,50 0,1963 0,137 0.087 0,280 0,51 2,04 5,10 0.70 0,3847 0,0695 0,044 0,143 0,260 1,04 2,60 1,0 0,785 0,0341 0,0216 0,070 0,127 0,51 1,28 1,2 1,130 0,0237 0,0150 0,0486 0,088 0,354 0,884 1,4 1,539 0,0174 0,0110 0,0357 0,065 0,260 0,650 1,6 2,0 0,0134 0,0085 0,0273 0,0497 0,199 0,498 1,8 2,54 0,0106 0,0067 0,02

От каких величин зависит сопротивление металлической проволоки

Лекция №16

Электроконтактный нагрев

Прямой электронагрев сопротивлением

Удельное электрическое сопротивление проводников

В зависимости от характера свободных электрических зарядов различают проводники 1 и 2 рода. Под действием электрического поля в проводнике 1 рода (металлы) свободные заряды (электроны) направленно перемещаются. В проводнике 2 рода (электролиты) под действием электрического поля перемещаются ионы.

Электрическое сопротивление металлических проводников.

Формула для определения омического сопротивления проводника, т.е. сопротивления постоянному току при неизменной температуре имеет вид

ρ – удельное сопротивление – зависит от материала проводника, содержания примесей, механической и термической обработки, температуры. У металлов ρ, как правило, растет с повышением температуры и для любой температуры t определяется формулой

где ρ₂₀ – удельное сопротивление при 20°С,

α, β, γ – температурные коэффициенты сопротивления;

Θ – превышение температуры проводника над 20°С:

В практических расчетах ограничиваются первыми двумя членами ряда:

Температурный коэффициент сопротивления α – [ град -1 ] является одной из важных физических характеристик проводниковых материалов.

При протекании переменного электрического тока по проводнику проявляется поверхностный эффект, заключающийся в неравномерном распределении плотности тока по сечению проводника, которая экспоненциально убывает по направлении к его оси:

где j_х – плотность тока в слое проводника на расстоянии х от поверхности, А/м 2 ;

j_m – плотность тока на поверхности проводника, А/м 2;

z _{– эквивалентная глубина проникновения тока, м.}

Максимальное значение плотности тока – на поверхности проводника, а в слое, толщина которого равна эквивалентной глубине проникновения, выделяется около 90% общего количества теплоты. Это позволяет реальное распределение плотности тока по сечению заменить фиктивным, считая, что электрический ток проникает только до глубины z_{, плотность его на всей этой глубине постоянна, а выделяющаяся тепловая энергия равна количеству теплоты при реальном токораспределении.}

Эквивалентная глубина проникновения – расстояние от поверхности проводника, на котором плотность тока в е = 2,71 раза меньше, чем на поверхности. Глубина

[м],

где ρ – удельное электрическое сопротивление, Ом·м,

μ — относительное значение магнитной проницаемости проводника

f – частота тока, Гц.

Для частоты f = 50 Гц формула приобретает вид:

Эквивалентная глубина проникновения электрического тока на трех частотах приведена в таблице.

Металл или сплав	Удельное сопротивление, Ом·м	Глубина проникновения тока, 10 -3 м, при частоте
50 Гц	10 кГц	1 МГц
Медь	1,7· 10 -8	9,4	0.66	0,066
Алюминий	2,8 ·10 -8	12,4	0,84	0,084
Латунь	(0,07…0,2) ·10 -6	19.5	1,37	0,137
Сталь (μr = 200)	0,5 ·10 -6	3,3	0,24	0,024

Таким образом, активное сопротивление металлических проводников переменному току больше омического вследствие поверхностного эффекта и определяется как

,

где — коэффициент поверхностного эффекта.

Коэффициент k_п – сложная функция физических свойств материала, размеров проводника и частоты тока. Точные зависимости для k_п приводятся в курсах ТОЭ. В приближенных расчетах значение k_п можно определить из следующих выражений:

при а 1,

где — безразмерный параметр;

— диаметр цилиндрического проводника,

— эквивалентная глубина проникновения тока в металл.

Поверхностный эффект заметно проявляется лишь на высоких частотах. На частоте 50 Гц его влияние на немагнитные материалы незначительно и им пренебрегают, принимая .

У ферромагнитных материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью, глубина проникновения тока гораздо меньше, чем у немагнитных, как видно из вышеприведенной таблицы. Вследствие этого поверхностный эффект заметно проявляется даже при f = 50Гц. Это значительно усложняет расчеты стальных ( железных) нагревателей и установок электроконтактного нагрева стальных деталей.

Магнитная проницаемость μ_r ферромагнитных материалов является функцией напряженности магнитного поля и температуры.

Рис. 1. Зависимость μ_r = f(H) для углеродистых сталей.

С возрастанием Н от нуля величина μ_r вначале также растет (рис. 1), а затем, достигнув критического значения, уменьшается. При больших напряженностях магнитного поля, наблюдающихся в нагревателях, значение μ_r сравнительно невелико и мало влияет на изменение сопротивления нагревателей.

При повышении температуры значение μ_r снижается сравнительно медленно, но при достижении точки Кюри (для чистого железа t_К = 786°С, для углеродистой стали t_К = 721°С) сразу падает до 1 (рис. 2). При этом интенсивность теплового движения молекул оказывается достаточной для разрушения намагниченности тела и ферромагнетик теряет свои магнитные свойства. Рис. 2. Зависимость ρ и μ_r стали от температуры.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9024 — | 7254 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Каждое тело, по которому течёт электрический ток, способно оказывать ему определённое сопротивление. Свойства любого материала проводника блокировать электрический ток, проходящий через него, и называется сопротивлением. Существуют проводники с разным строением, которые оказывают различное сопротивление току. Измеряется данная величина в омах.

Что такое электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление представляет собой физическую величину, которая характеризует свойства самого проводника не допускать прохождение электрического тока. Как определить величину сопротивления? Выразить ее можно путём отношения напряжения на концах проводника к силе тока, которая протекает по нему.

Электрическое сопротивление проводника возникает в тот момент, когда по нему течёт электрический ток.

Стоит помнить, что чем больше сопротивление проводника, тем меньше он проводит через себя электрический ток, и наоборот.

От каких величин зависит сопротивление

Многие задаются вопросом, от каких величин зависит сопротивление? В первую очередь, сопротивление зависит от температурных показателей.

Электрическое сопротивление самого проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально сечению. Из этого можно сделать простой вывод: чем толще сечение провода, тем меньше его сопротивление.

Кроме этого, зависит оно и от материала, из которого был изготовлен проводник. К примеру, стальной провод имеет значительно большее сопротивление по сравнению с алюминиевым кабелем. А вот сопротивление последнего больше медного проводника.

Проводимость изоляции провода зависит от влажности воздуха, окружающего его, поэтому при колебаниях этой величины изменяется затухание.

Расчётное сопротивление грунта

При проектировании фундамента обязательным требованием является определение расчетного сопротивления грунта, которое приведено в СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». По приведенным таблицам в строительных нормах и правилах осуществляется предварительный подбор формы и размеров самого фундамента.

Сопротивление заземлённого устройства определяется путём отношения напряжения на заземлителе к силе тока, которая проходит сквозь него в землю. Зависит сопротивление от удельной величины сопротивления самого грунта, в котором оно проложено, размеров, типа, расположения и количества электродов.

Если заземляющий объект планируется располагать в воде, то заземлитель необходимо прокладывать на дне в виде сетки. Она должна быть сварена из ленточной стали, с расстояниями между лентами в 10 -15 метров. Это позволить существенно снизить такую величину, как экранирование.

Измеряется сопротивление проводника при помощи специально предназначенного прибора – мегаомметра. Данный прибор может быть выполнен разной конфигурации. Также, он должен иметь соответствующий сертификат и быть исправным. Точность измерения мегаомметра зависит от ежегодного его контроль в органах Госстандарта. Данные приборы бывают:

• С ручным приводом, когда внутри мегаомметра располагается встроенный генератор.
• Электронного типа. Питание такого прибора осуществляется от аккумулятора.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения имерение удельного сопротивления грунта, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать измерение удельного сопротивления грунта или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .

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.

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:

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.

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 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:

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.

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.

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.

Таблица сопротивления для нихрома Ом/м погонный в зависимости от диаметра проволоки (провода, кабеля). Температура в зависимости от тока.

Техническая информация тут Перевод единиц измерения величин Таблицы числовых значений Алфавиты, номиналы, единицы Математический справочник Физический справочник тут Химический справочник Материалы Рабочие среды Оборудование Инженерное ремесло Инженерные системы Технологии и чертежи Личная жизнь инженеров Калькуляторы Поиск на сайте DPVAПоставщики оборудованияПолезные ссылкиО проектеОбратная связьОтветы на вопросы.Оглавление

Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Электрическое сопротивление и проводимость проводников, растворов, почв….  / / Таблица сопротивления для нихрома Ом/м погонный в зависимости от диаметра проволоки (провода, кабеля). Температура в зависимости от тока. Поделиться:    Таблица сопротивления для нихрома Ом/м погонный в зависимости от диаметра проволоки (провода, кабеля). Температура в зависимости от тока. Сопротивление нихромовых проводов (Nickel-Chromium): SWG Диаметр Нихром 60 (mm) (in) (Ом/м) Ток (A) потребный для достижения температуры на 500 °C 1000 °C 12 2.642 0.104 0.197 38 78 14 2.032 0.080 0.333 26 53 16 1.626 0.064 0.520 19 40 18 1.219 0.048 0.92 13 27 20 0.914 0.036 1.65 8.5 18 22 0.711 0.028 2.72 6.3 13 24 0.559 0.022 4.40 4.5 9.5 26 0.457 0.018 6.60 3.5 7.0 28 0.376 0.0148 9.7 2.7 5.5

Таблица удельного электросопротивления медных проводников

Одним из самых распространённых металлов для изготовления проводов является медь. Её электросопротивление минимальное из доступных по цене металлов. Оно меньше только у драгоценных металлов (серебра и золота) и зависит от разных факторов.

Формула вычисления сопротивления проводника

Что такое электрический ток

На разных полюсах аккумулятора или другого источника тока есть разноимённые носители электрического заряда. Если их соединить с проводником, носители заряда начинают движение от одного полюса источника напряжения к другому. Этими носителями в жидкости являются ионы, а в металлах – свободные электроны.

Определение. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это величина, определяющая электросопротивление эталонного образца материала. Для обозначения этой величины используется греческая буква «р». Формула для расчета:

p=(R*S)/l.

Эта величина измеряется в Ом*м. Найти её можно в справочниках, в таблицах удельного сопротивления или в сети интернет.

Свободные электроны по металлу двигаются внутри кристаллической решётки. На сопротивление этому движению и удельное сопротивление проводника влияют три фактора:

• Материал. У разных металлов различная плотность атомов и количество свободных электронов;
• Примеси. В чистых металлах кристаллическая решётка более упорядоченная, поэтому сопротивление ниже, чем в сплавах;
• Температура. Атомы не находятся на своих местах неподвижно, а колеблются. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний, создающая помехи движению электронов, и выше сопротивление.

На следующем рисунке можно увидеть таблицу удельного сопротивления металлов.

Удельное сопротивление металлов

Интересно. Есть сплавы, электросопротивление которых падает при нагреве или не меняется.

Проводимость и электросопротивление

Так как размеры кабелей измеряются в метрах (длина) и мм² (сечение), то удельное электрическое сопротивление имеет размерность Ом·мм²/м. Зная размеры кабеля, его сопротивление рассчитывается по формуле:

R=(p*l)/S.

Кроме электросопротивления, в некоторых формулах используется понятие «проводимость». Это величина, обратная сопротивлению. Обозначается она «g» и рассчитывается по формуле:

g=1/R.

Проводимость жидкостей

Проводимость жидкостей отличается от проводимости металлов. Носителями зарядов в них являются ионы. Их количество и электропроводность растут при нагревании, поэтому мощность электродного котла растёт при нагреве от 20 до 100 градусов в несколько раз.

Интересно. Дистиллированная вода является изолятором. Проводимость ей придают растворенные примеси.

Электросопротивление проводов

Самые распространенные металлы для изготовления проводов – медь и алюминий. Сопротивление алюминия выше, но он дешевле меди. Удельное сопротивление меди ниже, поэтому сечение проводов можно выбрать меньше. Кроме того, она прочнее, и из этого металла изготавливаются гибкие многожильные провода.

В следующей таблице показывается удельное электросопротивление металлов при 20 градусах. Для того чтобы определить его при других температурах, значение из таблицы необходимо умножить на поправочный коэффициент, различный для каждого металла. Узнать этот коэффициент можно из соответствующих справочников или при помощи онлайн-калькулятора.

Сопротивление проводов

Выбор сечения кабеля

Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения. Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.

Выбор по допустимому нагреву

При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:

P=I²*R.

В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.

Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.

Таблица выбора сечения провода по допустимому нагреву

Допустимые потери напряжения

Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:

U=I*R.

Справка. По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.

Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.

В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.

Максимально допустимая длина кабеля данного сечения

Электросопротивление других металлов

Кроме меди и алюминия, в электротехнике используются другие металлы и сплавы:

• Железо. Удельное сопротивление стали выше, но она прочнее, чем медь и алюминий. Стальные жилы вплетаются в кабеля, предназначенные для прокладки по воздуху. Сопротивление железа слишком велико для передачи электроэнергии, поэтому при расчёте сечения жилы не учитываются. Кроме того, оно более тугоплавкое, и из него изготавливаются вывода для подключения нагревателей в электропечах большой мощности;
• Нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (железо, хром и алюминий). Они обладают низкой проводимостью и тугоплавкостью. Из этих сплавов изготавливаются проволочные резисторы и нагреватели;
• Вольфрам. Его электросопротивление велико, но это тугоплавкий металл (3422 °C). Из него изготавливаются нити накала в электролампах и электроды для аргонно-дуговой сварки;
• Константан и манганин (медь, никель и марганец). Удельное сопротивление этих проводников не меняется при изменениях температуры. Применяются в претензионных приборах для изготовления резисторов;
• Драгоценные металлы – золото и серебро. Обладают самой высокой удельной проводимостью, но из-за большой цены их применение ограничено.

Индуктивное сопротивление

Формулы для расчёта проводимости проводов справедливы только в сети постоянного тока или в прямых проводниках при низкой частоте. В катушках и в высокочастотных сетях появляется индуктивное сопротивление, во много раз превышающее обычное. Кроме того, ток высокой частоты распространяется только по поверхности провода. Поэтому его иногда покрывают тонким слоем серебра или используют литцендрат.

Справка. Литцендрат – это многожильный провод, каждая жила в котором изолирована от остальных. Это делается для увеличения поверхности и проводимости в сетях высокой частоты.

Удельное сопротивление меди, гибкость, относительно невысокая цена и механическая прочность делают этот металл, вместе с алюминием, самым распространенным материалом для изготовления проводов.

Видео

Оцените статью: