În practică, este adesea necesar să se calculeze rezistența diferitelor fire. Acest lucru se poate face folosind formule sau folosind datele din tabel. 1.
Efectul materialului conductor este luat în considerare folosind rezistivitatea, notată cu litera greacă? și având o lungime de 1 m și o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm2. Cea mai mică rezistivitate? = 0,016 Ohm mm2/m are argint. Să dăm valoarea medie a rezistivității unor conductori:
Argint - 0,016 , Plumb - 0,21, Cupru - 0,017, Nichelină - 0,42, Aluminiu - 0,026, Manganin - 0,42, Tungsten - 0,055, Constantan - 0,5, Zinc - 0,06, Mercur - 0,96, Alama - 0,5 - 0,071, Oțel crom 0,1 - 0,071. - 1,2, Bronz fosforic - 0,11, Cromal - 1,45.Cu cantități diferite de impurități și cu rapoarte diferite ale componentelor incluse în compoziția aliajelor reostatice, rezistivitatea se poate modifica ușor.
Rezistența se calculează folosind formula:
unde R este rezistența, Ohm; rezistivitate, (Ohm mm2)/m; l - lungimea firului, m; s - aria secțiunii transversale a firului, mm2.
Dacă diametrul firului d este cunoscut, atunci aria sa transversală este egală cu:
Cel mai bine este să măsurați diametrul firului folosind un micrometru, dar dacă nu aveți unul, ar trebui să înfășurați strâns 10 sau 20 de spire de sârmă pe un creion și să măsurați lungimea înfășurării cu o riglă. Împărțind lungimea înfășurării la numărul de spire, găsim diametrul firului.
Pentru a determina lungimea unui fir de diametru cunoscut de la a acestui material necesar pentru a obține rezistența necesară, utilizați formula
Tabelul 1.
Nota. 1. Datele pentru firele care nu sunt enumerate în tabel trebuie luate ca niște valori medii. De exemplu, pentru un fir de nichel cu un diametru de 0,18 mm, putem presupune aproximativ că aria secțiunii transversale este de 0,025 mm2, rezistența unui metru este de 18 ohmi și curentul permis este de 0,075 A.
2. Pentru o valoare diferită a densității de curent, datele din ultima coloană trebuie modificate corespunzător; de exemplu, la o densitate de curent de 6 A/mm2, acestea ar trebui dublate.
Exemplul 1. Aflați rezistența a 30 m de sârmă de cupru cu diametrul de 0,1 mm.
Soluţie. Determinăm conform tabelului. 1 rezistență de 1 m de sârmă de cupru, este egală cu 2,2 ohmi. Prin urmare, rezistența a 30 m de sârmă va fi R = 30 2,2 = 66 Ohmi.
Calculul folosind formulele oferă următoarele rezultate: aria secțiunii transversale a firului: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Deoarece rezistivitatea cuprului este de 0,017 (Ohm mm2)/m, obținem R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.
Exemplul 2. Câtă sârmă de nichel cu diametrul de 0,5 mm este necesară pentru a realiza un reostat cu o rezistență de 40 Ohmi?
Soluţie. Conform tabelului 1, determinăm rezistența de 1 m a acestui fir: R = 2,12 Ohm: Prin urmare, pentru a realiza un reostat cu o rezistență de 40 Ohmi, aveți nevoie de un fir a cărui lungime este l = 40/2,12 = 18,9 m.
Să facem același calcul folosind formulele. Găsim aria secțiunii transversale a firului s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. Și lungimea firului va fi l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.
Substanțele și materialele capabile să conducă curentul electric se numesc conductori. Restul sunt clasificate ca dielectrice. Dar nu există dielectrici puri, toți conduc curentul, dar magnitudinea acestuia este foarte mică.
Dar conductorii conduc curentul diferit. Conform formulei lui Georg Ohm, curentul care trece printr-un conductor este liniar proporțional cu mărimea tensiunii aplicate acestuia și invers proporțional cu o cantitate numită rezistență.
Unitatea de măsură a rezistenței a fost numită Ohm în onoarea omului de știință care a descoperit această relație. Dar s-a dovedit că conductorii din materiale diferite și care au aceleași dimensiuni geometrice au rezistență electrică diferită. Pentru a determina rezistența unui conductor de lungime și secțiune transversală cunoscute, a fost introdus conceptul de rezistivitate - un coeficient care depinde de material.
Ca urmare, rezistența unui conductor de lungime și secțiune transversală cunoscute va fi egală cu
Rezistivitatea se aplică nu numai materialelor solide, ci și lichidelor. Dar valoarea sa depinde și de impuritățile sau alte componente din materialul sursă. Apă curată nu conduce curentul electric, fiind un dielectric. Dar apa distilată nu există în natură, conține întotdeauna săruri, bacterii și alte impurități. Acest cocktail este un ghid curent electric, având rezistivitate.
Prin introducerea diverșilor aditivi în metale se obțin materiale noi - aliaje, a cărui rezistivitate diferă de cea a material sursă, chiar dacă adaosul procentual la acesta este nesemnificativ.
Dependența rezistivității de temperatură
Rezistivitățile materialelor sunt date în cărțile de referință pentru temperaturi apropiate de temperatura camerei (20 °C). Pe măsură ce temperatura crește, rezistența materialului crește. De ce se întâmplă asta?
Curentul electric este condus în interiorul materialului electroni liberi. Sub influența unui câmp electric, ele sunt separate de atomii lor și se deplasează între ei în direcția specificată de acest câmp. Atomii unei substanțe formează o rețea cristalină, între nodurile căreia se mișcă un flux de electroni, numit și „gazul de electroni”. Sub influența temperaturii, nodurile de rețea (atomi) vibrează. De asemenea, electronii înșiși nu se mișcă în linie dreaptă, ci pe o cale complicată. În același timp, ei se ciocnesc adesea de atomi, schimbându-și traiectoria. În anumite momente, electronii se pot deplasa în direcția opusă direcției curentului electric.
Odată cu creșterea temperaturii, amplitudinea vibrațiilor atomice crește. Ciocnirea electronilor cu ei are loc mai des, mișcarea fluxului de electroni încetinește. Din punct de vedere fizic, acest lucru este exprimat printr-o creștere a rezistivității.
Un exemplu de utilizare a dependenței rezistivității de temperatură este funcționarea unei lămpi cu incandescență. Spirala de wolfram din care este realizat filamentul are o rezistivitate scăzută în momentul pornirii. O pornire de curent în momentul pornirii îl încălzește rapid, rezistivitatea crește, iar curentul scade, devenind nominal.
Același proces are loc cu elementele de încălzire cu nicrom. Prin urmare, este imposibil să se calculeze modul lor de funcționare determinând lungimea firului de nicrom a unei secțiuni transversale cunoscute pentru a crea rezistența necesară. Pentru calcule aveți nevoie de rezistivitatea firului încălzit, iar cărțile de referință dau valori pentru temperatura camerei. Prin urmare, lungimea finală a spiralei de nicrom este ajustată experimental. Calculele determină lungimea aproximativă, iar la reglare, se scurtează treptat secțiunea cu secțiune a filetului.
Coeficient de rezistență la temperatură
Dar nu în toate dispozitivele, prezența unei dependențe a rezistivității conductorilor de temperatură este benefică. În tehnologia de măsurare, modificarea rezistenței elementelor circuitului duce la o eroare.
Pentru a cuantifica dependența rezistenței materialelor de temperatură, conceptul coeficient de rezistență la temperatură (TCR). Acesta arată cât de mult se modifică rezistența unui material atunci când temperatura se schimbă cu 1°C.
Pentru realizarea componente electronice– rezistențele utilizate în circuitele echipamentelor de măsurare folosesc materiale cu TCR scăzut. Sunt mai scumpe, dar parametrii dispozitivului nu se modifică într-o gamă largă de temperaturi ambientale.
Dar sunt utilizate și proprietățile materialelor cu TCS ridicat. Funcționarea unor senzori de temperatură se bazează pe modificări ale rezistenței materialului din care este realizat elementul de măsurare. Pentru a face acest lucru, trebuie să mențineți o tensiune de alimentare stabilă și să măsurați curentul care trece prin element. Prin calibrarea scalei dispozitivului care măsoară curentul față de un termometru standard, se obține un contor electronic de temperatură. Acest principiu este folosit nu numai pentru măsurători, ci și pentru senzorii de supraîncălzire. Dezactivarea dispozitivului atunci când apar condiții anormale de funcționare, ceea ce duce la supraîncălzirea înfășurărilor transformatoarelor sau a elementelor semiconductoare de putere.
Elementele sunt, de asemenea, utilizate în inginerie electrică care își schimbă rezistența nu din temperatura ambiantă, ci din curentul prin ele - termistori. Un exemplu de utilizare a acestora sunt sistemele de demagnetizare pentru tuburile catodice ale televizoarelor și monitoarelor. Când se aplică tensiune, rezistența rezistorului este minimă, iar curentul trece prin el în bobina de demagnetizare. Dar același curent încălzește materialul termistorului. Rezistența sa crește, reducând curentul și tensiunea pe bobină. Și așa mai departe până când dispare complet. Ca rezultat, bobinei este aplicată o tensiune sinusoidală cu o amplitudine care descrește ușor, creând același câmp magnetic în spațiul său. Rezultatul este că, în momentul în care filamentul tubului se încălzește, acesta este deja demagnetizat. Și circuitul de control rămâne blocat până când dispozitivul este oprit. Apoi termistorii se vor răci și vor fi gata să funcționeze din nou.
Fenomenul de supraconductivitate
Ce se întâmplă dacă temperatura materialului este redusă? Rezistivitatea va scădea. Există o limită la care scade temperatura, numită zero absolut. Aceasta - 273°C. Nu există temperaturi sub această limită. La această valoare, rezistivitatea oricărui conductor este zero.
La zero absolut, atomii rețelei cristaline încetează să vibreze. Ca rezultat, norul de electroni se deplasează între nodurile rețelei fără a se ciocni de ele. Rezistența materialului devine zero, ceea ce deschide posibilitatea de a obține curenți infinit de mari în conductori de secțiuni transversale mici.
Fenomenul de supraconductivitate deschide noi orizonturi pentru dezvoltarea ingineriei electrice. Dar există încă dificultăți asociate cu obținerea condiţiile de viaţă temperaturi extrem de scăzute necesare pentru a crea acest efect. Când problemele vor fi rezolvate, ingineria electrică va trece la un nou nivel de dezvoltare.
Exemple de utilizare a valorilor rezistivității în calcule
Ne-am familiarizat deja cu principiile calculării lungimii firului de nicrom pentru realizarea unui element de încălzire. Dar există și alte situații când este necesară cunoașterea rezistivității materialelor.
Pentru calcul contururile dispozitivelor de împământare se folosesc coeficienţi corespunzători solurilor tipice. Dacă tipul de sol la locul buclei de pământ este necunoscut, atunci pentru calcule corecte se măsoară mai întâi rezistivitatea acestuia. În acest fel, rezultatele calculului sunt mai precise, ceea ce elimină necesitatea ajustării parametrilor circuitului în timpul producției: adăugarea numărului de electrozi, ducând la creșterea dimensiunilor geometrice ale dispozitivului de împământare.
Rezistivitatea materialelor din care sunt realizate liniile de cablu și barele colectoare este utilizată pentru a calcula rezistența lor activă. Ulterior, la curentul nominal de sarcină, utilizați-l se calculează valoarea tensiunii la capătul liniei. Dacă valoarea sa se dovedește a fi insuficientă, atunci secțiunile transversale ale conductorilor sunt mărite în avans.
Rezistența electrică specifică, sau pur și simplu rezistivitatea unei substanțe, este o mărime fizică care caracterizează capacitatea unei substanțe de a împiedica trecerea curentului electric.
Rezistivitatea este notată cu litera greacă ρ. Reciprocul rezistivității se numește conductivitate specifică (conductivitate electrică). Spre deosebire de rezistența electrică, care este o proprietate a unui conductor și depinde de materialul, forma și dimensiunea acestuia, specifice rezistenta electrica este o proprietate numai a materiei.
Rezistența electrică a unui conductor omogen cu rezistivitate ρ, lungime l și aria secțiunii transversale S poate fi calculată folosind formula (se presupune că nici aria și nici forma secțiunii transversale nu se modifică de-a lungul conductorului). În consecință, pentru ρ avem
Din ultima formulă rezultă: sensul fizic al rezistivității unei substanțe este că reprezintă rezistența unui conductor omogen de lungime unitară și cu secțiune transversală unitară realizată din această substanță.
Unitatea de măsură a rezistivității în Sistemul internațional unități (SI) - Ohm m.
Din relație rezultă că unitatea de măsură a rezistivității în sistemul SI este egală cu rezistivitatea unei substanțe la care are un conductor omogen de 1 m lungime și o secțiune transversală de 1 m², realizat din această substanță. o rezistență egală cu 1 Ohm. În consecință, rezistivitatea unei substanțe arbitrare, exprimată în unități SI, este numeric egală cu rezistența unei secțiuni a unui circuit electric realizat dintr-o substanță dată cu o lungime de 1 m și o suprafață a secțiunii transversale de 1 m².
În tehnologie, se folosește și unitatea nesistemică învechită Ohm mm²/m, egală cu 10 −6 din 1 Ohm m. Această unitate este egală cu rezistivitatea unei substanțe la care un conductor omogen de 1 m lungime cu o secțiune transversală de 1 mm², realizat din această substanță, are o rezistență egală cu 1 Ohm. În consecință, rezistivitatea unei substanțe, exprimată în aceste unități, este numeric egală cu rezistența unei secțiuni a unui circuit electric realizat din această substanță, de 1 m lungime și o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm².
Forța electromotoare (EMF) este o mărime fizică scalară care caracterizează munca forțelor externe, adică orice forță de origine neelectrică care acționează în circuite cvasi-staționare DC sau AC. Într-un circuit conductor închis, EMF este egal cu munca acestor forțe pentru a muta o singură sarcină pozitivă de-a lungul întregului circuit.
Prin analogie cu intensitatea câmpului electric, este introdus conceptul de forță externă, care este înțeles ca o mărime fizică vectorială egală cu raportul dintre forța externă care acționează asupra unei sarcini electrice de testare și mărimea acestei sarcini. Apoi, într-o buclă închisă, EMF va fi egal cu:
unde este elementul de contur.
EMF, ca și tensiunea, este măsurată în volți în Sistemul internațional de unități (SI). Putem vorbi despre forța electromotoare în orice parte a circuitului. Aceasta este munca specifică a forțelor externe nu pe întregul circuit, ci numai pe această zonă. EMF-ul unei celule galvanice este munca forțelor externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă în interiorul elementului de la un pol la altul. Munca forțelor externe nu poate fi exprimată printr-o diferență de potențial, deoarece forțele externe sunt nepotențiale și munca lor depinde de forma traiectoriei. Deci, de exemplu, munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină între bornele curentului în afara lui? sursa este zero.
Unul dintre cele mai populare metale în industrii este cuprul. Este cel mai utilizat în electricitate și electronică. Cel mai adesea este folosit la fabricarea înfășurărilor pentru motoare electrice și transformatoare. Motivul principal pentru utilizarea acestui material special este că cuprul are cea mai scăzută rezistivitate electrică dintre toate materialele disponibile în prezent. Până când apare material nou cu o valoare mai mică a acestui indicator, putem spune cu încredere că nu va exista un înlocuitor pentru cuprul.
Caracteristicile generale ale cuprului
Vorbind despre cupru, trebuie spus că în zorii erei electrice a început să fie folosit în producția de echipamente electrice. A început să fie folosit în mare măsură datorită proprietăților unice pe care le are acest aliaj. În sine, este un material caracterizat prin proprietăți ridicate în ceea ce privește ductilitatea și maleabilitatea bună.
Alături de conductivitatea termică a cuprului, unul dintre cele mai importante avantaje ale sale este conductivitatea electrică ridicată. Datorită acestei proprietăți cuprul și s-a răspândit în centralele electrice, în care acţionează ca un conductor universal. Cel mai valoros material este cuprul electrolitic, care are un grad ridicat de puritate de 99,95%. Datorită acestui material, devine posibilă producerea cablurilor.
Avantajele utilizării cuprului electrolitic
Utilizarea cuprului electrolitic vă permite să obțineți următoarele:
- Asigura o conductivitate electrica ridicata;
- Obține o capacitate excelentă de styling;
- Oferă un grad ridicat de plasticitate.
Domenii de aplicare
Produsele de cablu fabricate din cupru electrolitic au devenit larg răspândite în diverse industrii. Cel mai adesea este utilizat în următoarele domenii:
- industria electrica;
- aparate electrice;
- industria auto;
- producerea de echipamente informatice.
Care este rezistivitatea?
Pentru a înțelege ce este cuprul și caracteristicile sale, este necesar să înțelegem principalul parametru al acestui metal - rezistivitatea. Ar trebui cunoscut și utilizat atunci când se efectuează calcule.
Rezistivitatea este de obicei înțeleasă ca o mărime fizică, care este caracterizată ca capacitatea unui metal de a conduce curentul electric.
De asemenea, este necesar să se cunoască această valoare pentru a calculați corect rezistența electrică conductor. Atunci când fac calcule, acestea sunt ghidate și de dimensiunile sale geometrice. Când efectuați calcule, utilizați următoarea formulă:
Această formulă este familiară pentru mulți. Folosind-o, puteți calcula cu ușurință rezistența unui cablu de cupru, concentrându-vă doar pe caracteristici reteaua electrica. Vă permite să calculați puterea care este cheltuită ineficient pentru încălzirea miezului cablului. Pe langa asta, o formulă similară vă permite să calculați rezistența orice cablu. Nu contează ce material a fost folosit pentru a face cablul - cupru, aluminiu sau alt aliaj.
Un parametru precum rezistivitatea electrică este măsurat în Ohm*mm2/m. Acest indicator pentru cablajul de cupru așezat într-un apartament este de 0,0175 Ohm*mm2/m. Dacă încercați să căutați o alternativă la cuprul - un material care ar putea fi folosit în schimb, atunci doar argintul poate fi considerat singurul potrivit, a cărui rezistivitate este de 0,016 Ohm*mm2/m. Cu toate acestea, atunci când alegeți un material, este necesar să acordați atenție nu numai rezistivității, ci și conductivității inverse. Această valoare este măsurată în Siemens (Cm).
Siemens = 1/ Ohm.
Pentru cuprul de orice greutate, acest parametru de compoziție este de 58.100.000 S/m. În ceea ce privește argintul, conductivitatea sa inversă este de 62.500.000 S/m.
În lumea noastră de înaltă tehnologie, când fiecare casă are un număr mare de dispozitive și instalații electrice, importanța unui material precum cuprul este pur și simplu neprețuită. Acest materialul folosit la realizarea cablajului, fără de care nicio cameră nu poate face. Dacă cuprul nu ar exista, atunci omul ar trebui să folosească fire din alte materiale disponibile, cum ar fi aluminiul. Cu toate acestea, în acest caz ar trebui să se confrunte cu o problemă. Chestia este că acest material are o conductivitate mult mai mică decât conductoarele de cupru.
Rezistivitate
Utilizarea materialelor cu conductivitate electrică și termică scăzută de orice greutate duce la pierderi mari de energie electrică. O aceasta afectează pierderea de putere asupra echipamentului folosit. Majoritatea experților numesc cuprul ca material principal pentru realizarea firelor izolate. Este materialul principal din care sunt realizate elementele individuale ale echipamentelor alimentate cu curent electric.
- Plăcile instalate în computere sunt echipate cu urme de cupru gravate.
- Cuprul este, de asemenea, folosit pentru a face o mare varietate de componente utilizate în dispozitivele electronice.
- În transformatoare și motoare electrice este reprezentată de o înfășurare, care este realizată din acest material.
Nu există nicio îndoială că extinderea domeniului de aplicare a acestui material va avea loc odată cu dezvoltarea ulterioară a progresului tehnologic. Deși există și alte materiale în afară de cupru, designerii încă folosesc cuprul atunci când creează echipamente și diverse instalații. Principalul motiv al cererii pentru acest material este în bună conductivitate electrică și termică acest metal, pe care îl furnizează la temperatura camerei.
Coeficient de rezistență la temperatură
Toate metalele cu orice conductivitate termică au proprietatea de a scădea conductivitatea odată cu creșterea temperaturii. Pe măsură ce temperatura scade, conductivitatea crește. Experții numesc proprietatea de scădere a rezistenței cu scăderea temperaturii deosebit de interesantă. Într-adevăr, în acest caz, când temperatura din cameră scade la o anumită valoare, conductorul poate pierde rezistența electricăși se va muta în clasa supraconductoarelor.
Pentru a determina valoarea rezistenței unui anumit conductor de o anumită greutate la temperatura camerei, există un coeficient critic de rezistență. Este o valoare care arată modificarea rezistenței unei secțiuni a unui circuit atunci când temperatura se modifică cu un Kelvin. Pentru a calcula rezistența electrică a unui conductor de cupru într-o anumită perioadă de timp, utilizați următoarea formulă:
ΔR = α*R*ΔT, unde α este coeficientul de temperatură al rezistenței electrice.
Concluzie
Cuprul este un material utilizat pe scară largă în electronică. Este folosit nu numai în înfășurări și circuite, ci și ca metal pentru fabricarea produselor prin cablu. Pentru ca mașinile și echipamentele să funcționeze eficient, este necesar calculați corect rezistivitatea cablajului, așezat în apartament. Există o anumită formulă pentru asta. Cunoscând acest lucru, puteți face un calcul care vă permite să aflați dimensiunea optimă a secțiunii transversale a cablului. În acest caz, este posibil să se evite pierderea puterii echipamentului și să se asigure utilizarea eficientă a acestuia.
Rezistența electrică este principala caracteristică a materialelor conductoare. În funcție de zona de aplicare a conductorului, valoarea rezistenței acestuia poate juca atât un rol pozitiv, cât și un rol negativ în funcționarea sistemului electric. De asemenea, aplicarea specifică a conductorului poate necesita luarea în considerare a unor caracteristici suplimentare, a căror influență într-un anumit caz nu poate fi neglijată.
Conductorii sunt metale pure și aliajele lor. Într-un metal, atomii fixați într-o singură structură „puternică” au electroni liberi (așa-numitul „gaz de electroni”). Aceste particule sunt cele care în acest caz, sunt purtători de taxe. Electronii sunt în mișcare constantă, aleatorie, de la un atom la altul. Când apare un câmp electric (conectând o sursă de tensiune la capetele metalului), mișcarea electronilor în conductor devine ordonată. Electronii în mișcare întâmpină obstacole pe calea lor cauzate de particularitățile structurii moleculare a conductorului. Când se ciocnesc de o structură, purtătorii de sarcină își pierd energia, dându-i-o conductorului (încălzind-o). Cu cât o structură conductivă creează mai multe obstacole pentru purtătorii de încărcare, cu atât rezistența este mai mare.
Pe măsură ce secțiunea transversală a structurii conducătoare crește pentru un număr de electroni, „canalul de transmisie” va deveni mai larg și rezistența va scădea. În consecință, pe măsură ce lungimea firului crește, vor exista mai multe astfel de obstacole și rezistența va crește.
Astfel, formula de bază pentru calcularea rezistenței include lungimea firului, aria secțiunii transversale și un anumit coeficient care raportează aceste caracteristici dimensionale la valorile electrice ale tensiunii și curentului (1). Acest coeficient se numește rezistivitate.
R= r*L/S (1)
Rezistivitate
Rezistivitatea este neschimbatăși este o proprietate a substanței din care este făcut conductorul. Unități de măsură r - ohm*m. Adesea, valoarea rezistivității este dată în ohm*mm sq./m. Acest lucru se datorează faptului că aria secțiunii transversale a celor mai frecvent utilizate cabluri este relativ mică și se măsoară în mm2. Să dăm un exemplu simplu.
Sarcina nr. 1. Lungimea firului de cupru L = 20 m, secțiune transversală S = 1,5 mm. mp Calculați rezistența firului.
Rezolvare: rezistivitatea firului de cupru r = 0,018 ohm*mm. mp/m. Înlocuind valorile în formula (1) obținem R=0,24 ohmi.
Când se calculează rezistența sistemului de alimentare, rezistența unui fir trebuie înmulțită cu numărul de fire.
Dacă în loc de cupru folosiți aluminiu cu o rezistivitate mai mare (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), atunci rezistența firelor va crește corespunzător. Pentru exemplul de mai sus, rezistența va fi R = 0,373 ohmi (cu 55% mai mult). Cuprul și aluminiul sunt principalele materiale pentru fire. Există metale cu rezistivitate mai mică decât cuprul, cum ar fi argintul. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată din cauza costului ridicat evident. Tabelul de mai jos prezintă rezistența și alte caracteristici de bază ale materialelor conductoare.
Tabel - principalele caracteristici ale conductoarelor
Pierderile de căldură ale cablurilor
Dacă, folosind cablul din exemplul de mai sus, o sarcină de 2,2 kW este conectată la o rețea monofazată de 220 V, atunci curentul I = P / U sau I = 2200/220 = 10 A va curge prin fir calcularea pierderilor de putere în conductor:
Ppr=(I^2)*R (2)
Exemplul nr. 2. Calculați pierderile active la transmiterea unei puteri de 2,2 kW într-o rețea cu o tensiune de 220 V pentru firul menționat.
Rezolvare: înlocuind valorile curentului și rezistența firului în formula (2), obținem Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Astfel, la transmiterea energiei de la rețea la sarcină, pierderile în fire vor fi puțin mai mari de 2%. Această energie este transformată în căldură generată de conductorul în mediu. În funcție de starea de încălzire a conductorului (în funcție de valoarea curentă), se selectează secțiunea transversală a acestuia, ghidată de tabele speciale.
De exemplu, pentru conductorul de mai sus, curentul maxim este de 19 A sau 4,1 kW într-o rețea de 220 V.
Pentru a reduce pierderile active în liniile electrice, se folosește o tensiune crescută. În același timp, curentul din fire scade, pierderile scad.
Efectul temperaturii
O creștere a temperaturii duce la o creștere a vibrațiilor rețelei cristaline metalice. În consecință, electronii întâmpină mai multe obstacole, ceea ce duce la o creștere a rezistenței. Mărimea „sensibilității” rezistenței metalului la creșterea temperaturii se numește coeficient de temperatură α. Formula de calcul a temperaturii este următoarea
R=Rн*, (3)
unde Rн – rezistența firului în condiții normale (la temperatura t°н); t° este temperatura conductorului.
De obicei t°n = 20° C. Valoarea lui α este indicată și pentru temperatura t°n.
Sarcina 4. Calculați rezistența unui fir de cupru la o temperatură t° = 90° C. α cupru = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (sarcina 1).
Rezolvare: înlocuind valorile în formula (3) obținem R = 0,312 Ohm. Rezistența firului încălzit analizat este cu 30% mai mare decât rezistența acestuia la temperatura camerei.
Efectul frecvenței
Pe măsură ce frecvența curentului în conductor crește, are loc procesul de deplasare a sarcinilor mai aproape de suprafața acestuia. Ca urmare a creșterii concentrației de sarcini în stratul de suprafață, crește și rezistența firului. Acest proces se numește „efect de piele” sau efect de suprafață. Coeficientul pielii– efectul depinde și de mărimea și forma firului. Pentru exemplul de mai sus, la o frecvență AC de 20 kHz, rezistența firului va crește cu aproximativ 10%. Rețineți că componentele de înaltă frecvență pot avea un semnal de curent de la mulți consumatori moderni industriali și casnici (lămpi de economisire a energiei, surse de alimentare comutatoare, convertoare de frecvență și așa mai departe).
Influența conductorilor vecini
Există un câmp magnetic în jurul oricărui conductor prin care trece curentul. Interacțiunea câmpurilor conductoarelor vecine provoacă și pierderi de energie și se numește „efect de proximitate”. De asemenea, rețineți că orice conductor metalic are inductanță creată de miezul conductor și capacitatea creată de izolație. Acești parametri sunt caracterizați și de efectul de proximitate.
Tehnologii
Fire de înaltă tensiune cu rezistență zero
Acest tip de sârmă este utilizat pe scară largă în sistemele de aprindere ale mașinilor. Rezistența firelor de înaltă tensiune este destul de scăzută și se ridică la câteva fracțiuni de ohm pe metru de lungime. Să vă reamintim că rezistența de această mărime nu poate fi măsurată cu un ohmmetru. uz general. Adesea, punțile de măsurare sunt utilizate pentru sarcina de a măsura rezistențe scăzute.
Din punct de vedere structural, astfel de fire au un număr mare de miezuri de cupru cu izolație pe bază de silicon, materiale plastice sau alți dielectrici. Particularitatea utilizării unor astfel de fire este nu numai funcționarea la tensiune înaltă, ci și transferul de energie într-o perioadă scurtă de timp (mod puls).
Cablu bimetalic
Domeniul principal de aplicare a cablurilor menționate este transmisia de semnale de înaltă frecvență. Miezul firului este realizat dintr-un tip de metal, a cărui suprafață este acoperită cu un alt tip de metal. De atunci frecvente inalte Doar stratul de suprafață al conductorului este conductiv, adică interiorul firului poate fi înlocuit. Acest lucru economisește material scump și îmbunătățește caracteristicile mecanice ale firului. Exemple de astfel de fire: cupru placat cu argint, oțel placat cu cupru.
Concluzie
Rezistența firului este o valoare care depinde de un grup de factori: tipul conductorului, temperatura, frecvența curentului, parametrii geometrici. Semnificația influenței acestor parametri depinde de condițiile de funcționare ale firului. Criteriile de optimizare, în funcție de sarcinile pentru fire, pot fi: reducerea pierderilor active, îmbunătățirea caracteristicilor mecanice, reducerea prețurilor.