Както знаем от закона на Ом, токът в даден участък от веригата е в следната връзка: I=U/R. Законът е изведен чрез поредица от експерименти от немския физик Георг Ом през 19 век. Той забеляза закономерност: силата на тока във всеки участък от веригата директно зависи от напрежението, което се прилага към този участък, и обратно от неговото съпротивление.

По-късно беше установено, че съпротивлението на даден участък зависи от неговата геометрични характеристикикакто следва: R=ρl/S,

където l е дължината на проводника, S е неговата площ напречно сечение, а ρ е определен коефициент на пропорционалност.

По този начин съпротивлението се определя от геометрията на проводника, както и от такъв параметър като съпротивление(по-нататък - u.s.) - това е името на този коефициент. Ако вземете два проводника с еднакво напречно сечение и дължина и ги поставите в една верига един по един, тогава чрез измерване на тока и съпротивлението можете да видите, че в двата случая тези показатели ще бъдат различни. По този начин специфичният електрическо съпротивление - това е характеристика на материала, от който е направен проводникът, или по-точно веществото.

Проводимост и съпротивление

САЩ показва способността на веществото да предотвратява преминаването на ток. Но във физиката има и обратна величина - проводимост. Тя показва способност за дирижиране електрически ток. Изглежда така:

σ=1/ρ, където ρ е съпротивлението на веществото.

Ако говорим за проводимост, тя се определя от характеристиките на носителите на заряд в това вещество. И така, металите имат свободни електрони. На външната обвивка има не повече от три и за атома е по-изгодно да ги „раздаде“, което се случва, когато химически реакции с вещества от дясната страна на периодичната таблица. В ситуация, в която имаме чист метал, има кристална структура, в която тези външни електрони са споделени. Те са тези, които пренасят заряд, ако върху метала се приложи електрическо поле.

В разтворите носителите на заряд са йони.

Ако говорим за вещества като силиций, то в неговите свойства е полупроводники работи на малко по-различен принцип, но повече за това по-късно. Междувременно нека да разберем как се различават тези класове вещества:

1. Проводници;
2. полупроводници;
3. Диелектрици.

Проводници и диелектрици

Има вещества, които почти не провеждат ток. Те се наричат ​​диелектрици. Такива вещества са способни на поляризация електрическо поле, тоест техните молекули могат да се въртят в това поле в зависимост от това как са разпределени в тях електрони. Но тъй като тези електрони не са свободни, а служат за комуникация между атомите, те не провеждат ток.

Проводимостта на диелектриците е почти нулева, въпреки че сред тях няма идеални (това е същата абстракция като абсолютно черно тяло или идеален газ).

Конвенционалната граница на понятието "проводник" е ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Между тези два класа има вещества, наречени полупроводници. Но класифицирането им в отделна група вещества е свързано не толкова с междинното им състояние в линията "проводимост - съпротивление", а с особеностите на тази проводимост при различни условия.

Зависимост от факторите на околната среда

Проводимостта не е напълно постоянна стойност. Данните в таблиците, от които е взето ρ за изчисления, съществуват за нормални условия на околната среда, тоест за температура от 20 градуса. В действителност е трудно да се намерят такива идеални условия за работа на верига; всъщност САЩ (и следователно проводимостта) зависи от следните фактори:

1. температура;
2. налягане;
3. наличие на магнитни полета;
4. светлина;
5. агрегатно състояние.

Различните вещества имат свой собствен график за промяна на този параметър при различни условия. Така феромагнетиците (желязо и никел) го увеличават, когато посоката на тока съвпада с посоката на линиите на магнитното поле. Що се отнася до температурата, зависимостта тук е почти линейна (има дори концепция за температурен коефициент на съпротивление и това също е таблична стойност). Но посоката на тази зависимост е различна: за металите тя се увеличава с повишаване на температурата, а за редкоземните елементи и електролитните разтвори се увеличава - и това е в рамките на едно и също агрегатно състояние.

За полупроводниците зависимостта от температурата не е линейна, а хиперболична и обратна: с повишаване на температурата тяхната проводимост се увеличава. Това качествено отличава проводниците от полупроводниците. Ето как изглежда зависимостта на ρ от температурата за проводниците:

Тук са показани съпротивленията на медта, платината и желязото. Някои метали, например живакът, имат малко по-различна графика - когато температурата падне до 4 К, тя я губи почти напълно (това явление се нарича свръхпроводимост).

А за полупроводниците тази зависимост ще бъде нещо подобно:

При преминаване в течно състояние ρ на метала се увеличава, но тогава всички те се държат по различен начин. Например за разтопения бисмут той е по-нисък, отколкото при стайна температура, а за медта е 10 пъти по-висок от нормалния. Никелът напуска линейната графика на още 400 градуса, след което ρ пада.

Но волфрамът има толкова висока температурна зависимост, че причинява изгаряне на лампи с нажежаема жичка. Когато е включен, токът загрява намотката и нейното съпротивление се увеличава няколко пъти.

Също така y. с. сплави зависи от технологията на тяхното производство. Така че, ако имаме работа с проста механична смес, тогава съпротивлението на такова вещество може да се изчисли с помощта на средната стойност, но за заместваща сплав (това е, когато два или повече елемента се комбинират в една кристална решетка) ще бъде различно , като правило, много по-голяма. Например, нихромът, от който се правят спирали за електрически печки, има такава стойност за този параметър, че когато е свързан към веригата, този проводник се нагрява до точката на зачервяване (затова всъщност се използва).

Ето характеристиката ρ на въглеродните стомани:

Както може да се види, когато се приближи до температурата на топене, тя се стабилизира.

Съпротивление на различни проводници

Както и да е, в изчисленията ρ се използва точно при нормални условия. Ето таблица, чрез която можете да сравните тази характеристика на различни метали:

Както се вижда от таблицата, най-добрият проводник е среброто. И само неговата цена предотвратява широкото му използване в производството на кабели. САЩ алуминият също е малък, но по-малък от златото. От таблицата става ясно защо окабеляването в къщите е медно или алуминиево.

Таблицата не включва никел, който, както вече казахме, има малко необичайна графика на y. с. на температурата. Съпротивлението на никела след повишаване на температурата до 400 градуса започва не да се увеличава, а да пада. Също така се държи интересно в други заместващи сплави. Ето как се държи сплав от мед и никел в зависимост от процентното съдържание и на двете:

И тази интересна графика показва съпротивлението на цинково-магнезиевите сплави:

Като материали за производството на реостати се използват сплави с високо съпротивление, ето техните характеристики:

Това са сложни сплави, състоящи се от желязо, алуминий, хром, манган и никел.

Що се отнася до въглеродните стомани, то е приблизително 1,7*10^-7 Ohm m.

Разликата между y. с. Различните проводници се определят от тяхното приложение. Така медта и алуминият се използват широко в производството на кабели, а златото и среброто се използват като контакти в редица радиотехнически продукти. Проводниците с високо съпротивление са намерили своето място сред производителите на електроуреди (по-точно те са създадени за тази цел).

Променливостта на този параметър в зависимост от условията на околната среда формира основата за такива устройства като сензори за магнитно поле, термистори, тензодатчици и фоторезистори.

Всяко вещество е способно да провежда ток в различна степен, тази стойност се влияе от съпротивлението на материала. Съпротивлението на мед, алуминий, стомана и всеки друг елемент се обозначава с буквата ρ от гръцката азбука. Тази стойност не зависи от такива характеристики на проводника като размер, форма и физическо състояние, като обикновеното електрическо съпротивление взема предвид тези параметри. Съпротивлението се измерва в омове, умножено по mm² и разделено на метър.

Категории и техните описания

Всеки материал е способен да проявява два вида съпротивление в зависимост от електричеството, което се подава към него. Токът може да бъде променлив или постоянен, което значително влияе върху техническите характеристики на веществото. И така, има такива съпротивления:

1. Омичен. Появява се под въздействието на постоянен ток. Характеризира триенето, което се създава от движението на електрически заредени частици в проводник.
2. Активен. Определя се по същия принцип, но се създава под въздействието на променлив ток.

В тази връзка има и две дефиниции на специфична стойност. За постоянен ток то е равно на съпротивлението, упражнявано от единица дължина проводящ материал с единица фиксирана площ на напречното сечение. Потенциалното електрическо поле засяга всички проводници, както и полупроводници и разтвори, способни да провеждат йони. Тази стойност определя проводимите свойства на самия материал. Формата на проводника и неговите размери не се вземат предвид, така че може да се нарече основен в електротехниката и материалознанието.

При условие на преминаване на променлив ток специфичната стойност се изчислява, като се вземе предвид дебелината на проводящия материал. Тук има влияние не само на потенциала, но и на вихровия ток, а освен това се взема предвид честотата на електрическите полета. Съпротивлението на този тип е по-голямо, отколкото при постоянен ток, тъй като тук се взема предвид положителната стойност на съпротивлението на вихровото поле. Тази стойност също зависи от формата и размера на самия проводник. Именно тези параметри определят характера на вихровото движение на заредените частици.

Променливият ток причинява определени електромагнитни явления в проводниците. Те са много важни за електрическите характеристики на проводящия материал:

1. Скин-ефектът се характеризира с отслабване на електромагнитното поле, толкова повече то прониква в средата на проводника. Това явление се нарича още повърхностен ефект.
2. Ефектът на близост намалява плътността на тока поради близостта на съседните проводници и тяхното влияние.

Тези ефекти са много важни при изчисляване на оптималната дебелина на проводника, тъй като при използване на проводник, чийто радиус е по-голям от дълбочината на проникване на тока в материала, останалата част от масата му ще остане неизползвана и следователно този подход ще бъде неефективен. В съответствие с извършените изчисления, ефективният диаметър на проводящия материал в някои ситуации ще бъде както следва:

• за ток от 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 мм.

С оглед на това използването на плоски многожилни кабели, състоящи се от много тънки проводници, се използва активно за високочестотни токове.

Характеристики на металите

Специфичните показатели на металните проводници се съдържат в специални таблици. Използвайки тези данни, можете да направите необходимите допълнителни изчисления. Пример за такава таблица на съпротивлението може да се види на изображението.

Таблицата показва, че среброто има най-голяма проводимост - то е идеален проводник сред всички съществуващи метали и сплави. Ако изчислите колко жица от този материал е необходима, за да получите съпротивление от 1 ом, ще получите 62,5 m желязна жица, за същата стойност ще са необходими 7,7 m.

Колкото и прекрасни свойства да има среброто, то е твърде скъп материал за масово използване в електрически мрежи, така че медта е намерила широко приложение в бита и индустрията. По специфичен показател се нарежда на второ място след среброто, а по разпространение и лекота на добив е много по-добър от него. Медта има и други предимства, които са й позволили да се превърне в най-разпространения проводник. Те включват:

За използване в електротехниката се използва рафинирана мед, която след топене от сулфидна руда преминава през процесите на печене и продухване и след това задължително се подлага на електролитно пречистване. След такава обработка можете да получите много висококачествен материал (степени M1 и M0), който ще съдържа от 0,1 до 0,05% примеси. Важен нюанс е наличието на кислород в изключително малки количества, тъй като влияе отрицателно върху механичните характеристики на медта.

Често този метал се заменя с по-евтини материали - алуминий и желязо, както и различни бронзи (сплави със силиций, берилий, магнезий, калай, кадмий, хром и фосфор). Такива състави имат по-висока якост в сравнение с чистата мед, въпреки че имат по-ниска проводимост.

Предимства на алуминия

Въпреки че алуминият има по-голяма устойчивост и е по-крехък, широкото му използване се дължи на факта, че не е толкова оскъден като медта и следователно струва по-малко. Алуминият има съпротивление от 0,028 и ниската му плътност го прави 3,5 пъти по-лек от медта.

За електрически работи се използва пречистен алуминий клас А1, съдържащ не повече от 0,5% примеси. По-високият клас AB00 се използва за производството на електролитни кондензатори, електроди и алуминиево фолио. Съдържанието на примеси в този алуминий е не повече от 0,03%. Има и чист метал AB0000, включително не повече от 0,004% добавки. Самите примеси също имат значение: никелът, силицийът и цинкът имат лек ефект върху проводимостта на алуминия, а съдържанието на мед, сребро и магнезий в този метал има забележим ефект. Талият и манганът най-много намаляват проводимостта.

Алуминият има добри антикорозионни свойства. При контакт с въздуха той се покрива с тънък слой от оксид, който го предпазва от по-нататъшно разрушаване. За подобряване на механичните характеристики металът е легиран с други елементи.

Индикатори за стомана и желязо

Съпротивлението на желязото в сравнение с медта и алуминия е много високо, но поради своята наличност, здравина и устойчивост на деформация, материалът се използва широко в производството на електричество.

Въпреки че желязото и стоманата, чието съпротивление е още по-високо, имат значителни недостатъци, производителите на проводникови материали са намерили начини да ги компенсират. По-специално, ниската устойчивост на корозия се преодолява чрез покритие на стоманената тел с цинк или мед.

Свойства на натрия

Натриевият метал също е много обещаващ при производството на проводници. По отношение на устойчивостта, той значително надвишава медта, но има плътност 9 пъти по-малка от тази. Това позволява материалът да се използва в производството на ултра леки проводници.

Натриевият метал е много мек и напълно неустойчив на всякакъв вид деформация, което прави използването му проблематично - тел, изработена от този метал, трябва да бъде покрита с много здрава обвивка с изключително малка гъвкавост. Обвивката трябва да бъде запечатана, тъй като натрият проявява силна химическа активност при най-неутрални условия. Той моментално се окислява във въздуха и проявява бурна реакция с водата, включително водата, съдържаща се във въздуха.

Друга полза от използването на натрий е неговата наличност. Може да се получи чрез електролиза на разтопен натриев хлорид, от който има неограничено количество в света. Други метали очевидно са по-ниски в това отношение.

За да се изчисли производителността на конкретен проводник, е необходимо да се раздели произведението на конкретния брой и дължина на проводника на неговата площ на напречното сечение. Резултатът ще бъде стойността на съпротивлението в ома. Например, за да определите съпротивлението на 200 m желязна тел с номинално напречно сечение 5 mm², трябва да умножите 0,13 по 200 и да разделите резултата на 5. Отговорът е 5,2 ома.

Правила и характеристики на изчислението

Микроомметрите се използват за измерване на съпротивлението на метални среди. Днес те се произвеждат в цифров вариант, така че направените с тяхна помощ измервания са точни. Това може да се обясни с факта, че металите имат високо ниво на проводимост и имат изключително ниско съпротивление. Например, долният праг на измервателните уреди има стойност от 10 -7 ома.

С помощта на микроомметри можете бързо да определите колко добър е контактът и какво съпротивление проявяват намотките на генератори, електродвигатели и трансформатори, както и електрически автобуси. Възможно е да се изчисли наличието на включвания от друг метал в блока. Например, парче волфрам, покрито със злато, показва половината от проводимостта на цялото злато. Същият метод може да се използва за определяне на вътрешни дефекти и кухини в проводника.

Формулата за съпротивление е следната: ρ = Ohm mm 2 /m. С думи може да се опише като съпротивлението на 1 метър проводник, с площ на напречното сечение от 1 mm². Температурата се приема за стандартна - 20 °C.

Влияние на температурата върху измерването

Нагряването или охлаждането на някои проводници оказва значително влияние върху работата на измервателните уреди. Пример е следният експеримент: необходимо е да свържете спирално навит проводник към батерията и да свържете амперметър към веригата.

Колкото повече се нагрява проводникът, толкова по-ниски стават показанията на устройството. Силата на тока е обратно пропорционална на съпротивлението. Следователно можем да заключим, че в резултат на нагряване проводимостта на метала намалява. В по-голяма или по-малка степен всички метали се държат по този начин, но в някои сплави практически няма промяна в проводимостта.

Трябва да се отбележи, че течните проводници и някои твърди неметали са склонни да намаляват съпротивлението си с повишаване на температурата. Но учените също са превърнали тази способност на металите в своя полза. Познавайки температурния коефициент на съпротивление (α) при нагряване на някои материали, е възможно да се определи външната температура. Например, платинена жица, поставена върху рамка от слюда, се поставя в пещ и се измерва съпротивлението. По това колко се е променила се прави извод за температурата във фурната. Този дизайн се нарича съпротивителен термометър.

Ако при температура t 0 съпротивление на проводника е r 0 и при температура tравни rt, тогава температурният коефициент на съпротивление е равен на

Изчислението с помощта на тази формула може да се извърши само в определен температурен диапазон (до приблизително 200 °C).

Съпротивлението на медта се променя с температурата, но първо трябва да решим дали говорим за електрическото съпротивление на проводниците (омично съпротивление), което е важно за DC захранване през Ethernet, или дали говорим за сигнали в мрежи за данни и тогава говорим за вмъкнати загуби по време на разпространението на електромагнитна вълна в среда с усукана двойка и зависимостта на затихването от температурата (и честотата, което е не по-малко важно).

Съпротивление на медта

В международната система SI съпротивлението на проводниците се измерва в Ohm∙m. В областта на ИТ по-често се използва несистемното измерение Ohm∙mm 2 /m, което е по-удобно за изчисления, тъй като напречните сечения на проводниците обикновено се посочват в mm 2. Стойността 1 Ohm∙mm 2 /m е милион пъти по-малка от 1 Ohm∙m и характеризира съпротивлението на вещество, чийто хомогенен проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm 2 дава съпротивление от 1 ом.

Съпротивлението на чистата електрическа мед при 20°C е 0,0172 Ohm∙mm 2 /m. В различни източници можете да намерите стойности до 0,018 Ohm∙mm 2 /m, което може да се отнася и за електрическа мед. Стойностите варират в зависимост от обработката, на която е подложен материалът. Например, отгряването след изтегляне („изтегляне“) на телта намалява съпротивлението на медта с няколко процента, въпреки че се извършва предимно за промяна на механичните, а не на електрическите свойства.

Съпротивлението на медта има пряко значение за приложенията за захранване през Ethernet. Само част от първоначалния постоянен ток, инжектиран в проводника, ще достигне до далечния край на проводника - известна загуба по пътя е неизбежна. така, например, PoE Тип 1изисква от 15,4 W, доставени от източника, поне 12,95 W да достигат до захранваното устройство в далечния край.

Съпротивлението на медта варира в зависимост от температурата, но за IT температурите промените са малки. Промяната в съпротивлението се изчислява по формулите:

ΔR = α R ΔT

R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

където ΔR е промяната в съпротивлението, R е съпротивлението при температура, взета за базово ниво (обикновено 20°C), ΔT е температурният градиент, α е температурният коефициент на съпротивление за даден материал (размер °C -1 ). В диапазона от 0°C до 100°C за медта се приема температурен коефициент от 0,004°C -1. Нека изчислим съпротивлението на медта при 60°C.

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm 2 /m

Съпротивлението се увеличава с 16% при повишаване на температурата с 40°C. При работа с кабелни системи, разбира се, усуканата двойка не трябва да се излага на високи температури; При правилно проектирана и инсталирана система температурата на кабелите се различава малко от обичайните 20 ° C и тогава промяната в съпротивлението ще бъде малка. Съгласно телекомуникационните стандарти съпротивлението на 100 m меден проводник в кабел с усукана двойка от категория 5e или 6 не трябва да надвишава 9,38 ома при 20°C. На практика производителите се вписват в тази стойност с марж, така че дори при температури от 25 ° C ÷ 30 ° C съпротивлението на медния проводник не надвишава тази стойност.

Затихване на сигнала при усукана двойка / вмъкната загуба

Когато електромагнитна вълна се разпространява през кабел с медна усукана двойка, част от нейната енергия се разсейва по пътя от близкия до далечния край. Колкото по-висока е температурата на кабела, толкова повече отслабва сигналът. При високи честоти затихването е по-голямо, отколкото при ниски честоти, а за по-високи категории допустимите граници за изпитване на вмъкнати загуби са по-строги. В този случай всички гранични стойности са зададени за температура от 20°C. Ако при 20°C първоначалният сигнал е пристигнал в далечния край на 100 m дълъг сегмент с ниво на мощност P, тогава при повишени температури такава мощност на сигнала ще се наблюдава на по-къси разстояния. Ако е необходимо да се осигури същата мощност на сигнала на изхода на сегмента, тогава ще трябва или да инсталирате по-къс кабел (което не винаги е възможно) или да изберете марки кабели с по-ниско затихване.

• За екранирани кабели при температури над 20°C, промяна в температурата от 1 градус води до промяна в затихването от 0,2%
• За всички видове кабели и всякакви честоти при температури до 40°C, промяна на температурата с 1 градус води до промяна на затихването с 0,4%
• За всички видове кабели и всякакви честоти при температури от 40°C до 60°C, промяна на температурата от 1 градус води до промяна в затихването от 0,6%
• При кабелите от категория 3 може да има промяна на затихването от 1,5% на градус по Целзий

Още в началото на 2000г. Стандартът TIA/EIA-568-B.2 препоръчва намаляване на максимално допустимата дължина на постоянна връзка/канал от категория 6, ако кабелът е инсталиран в среда с повишена температура и колкото по-висока е температурата, толкова по-къс трябва да бъде сегментът.

Като се има предвид, че честотният таван в категория 6A е два пъти по-висок от този в категория 6, температурните ограничения за такива системи ще бъдат още по-строги.

Днес, при внедряване на приложения PoEГоворим за максимум 1-гигабитови скорости. Когато се използват 10-гигабитови приложения обаче, Power over Ethernet не е опция, поне не още. Така че в зависимост от вашите нужди, когато температурата се променя, трябва да имате предвид или промяната в съпротивлението на медта, или промяната в затихването. И в двата случая е най-разумно кабелите да се съхраняват при температури близки до 20°C.

Ето защо е важно да знаете параметрите на всички използвани елементи и материали. И не само електрически, но и механични. И имайте на ваше разположение някои удобни справочни материали, които ви позволяват да сравнявате характеристиките на различни материали и да избирате за проектиране и работа точно това, което ще бъде оптимално в конкретна ситуация.
При електропреносните линии, където задачата е да се достави енергия до потребителя по най-производителния начин, тоест с висока ефективност, се вземат предвид както икономиката на загубите, така и механиката на самите линии. Крайната икономическа ефективност на линията зависи от механиката - това е устройството и разположението на проводници, изолатори, опори, повишаващи/понижаващи трансформатори, теглото и здравината на всички конструкции, включително проводници, опънати на дълги разстояния, както и избраните материали за всеки конструктивен елемент, неговата работа и експлоатационни разходи. Освен това при електропреносните линии има по-високи изисквания за осигуряване на безопасност както на самите линии, така и на всичко около тях, където минават. И това добавя разходи както за осигуряване на електрическо окабеляване, така и за допълнителна граница на безопасност на всички конструкции.

За сравнение данните обикновено се свеждат до една сравнима форма. Често към такива характеристики се добавя епитетът „специфичен“, а самите стойности се разглеждат въз основа на определени стандарти, унифицирани от физически параметри. Например електрическото съпротивление е съпротивлението (ома) на проводник, направен от някакъв метал (мед, алуминий, стомана, волфрам, злато), имащ единица дължина и единица напречно сечение в използваната система от мерни единици (обикновено SI ). Освен това е посочена температурата, тъй като при нагряване съпротивлението на проводниците може да се държи различно. За основа са взети нормални средни работни условия - при 20 градуса по Целзий. А там, където свойствата са важни при промяна на параметрите на околната среда (температура, налягане), се въвеждат коефициенти и се съставят допълнителни таблици и графики на зависимости.

Видове съпротивление

Тъй като възниква съпротива:

• активен - или омичен, резистивен - в резултат на разхода на електроенергия за нагряване на проводника (метал), когато през него преминава електрически ток, и
• реактивен - капацитивен или индуктивен - който възниква от неизбежните загуби поради създаването на всякакви промени в тока, преминаващ през проводника на електрически полета, тогава съпротивлението на проводника се предлага в две разновидности:

1. Специфично електрическо съпротивление на постоянен ток (с резистивен характер) и
2. Специфично електрическо съпротивление на променлив ток (с реактивен характер).

Тук съпротивлението от тип 2 е комплексна стойност; то се състои от два компонента на TC - активен и реактивен, тъй като резистивното съпротивление винаги съществува при преминаване на тока, независимо от неговия характер, а реактивното съпротивление възниква само при промяна на тока във веригите. В постоянните вериги реактивното съпротивление възниква само по време на преходни процеси, които са свързани с включване на тока (промяна на тока от 0 до номинално) или изключване (разлика от номинално до 0). И те обикновено се вземат предвид само при проектирането на защита от претоварване.

Във веригите с променлив ток явленията, свързани с реактивното съпротивление, са много по-разнообразни. Те зависят не само от действителното преминаване на тока през определено сечение, но и от формата на проводника, като зависимостта не е линейна.

Факт е, че променливият ток индуцира електрическо поле както около проводника, през който тече, така и в самия проводник. И от това поле възникват вихрови токове, които дават ефекта на „изтласкване“ на действителното основно движение на зарядите, от дълбините на цялото напречно сечение на проводника към неговата повърхност, така нареченият „ефект на кожата“ (от кожа - кожа). Оказва се, че вихровите токове сякаш „крадат“ напречното му сечение от проводника. Токът протича в определен слой близо до повърхността, останалата дебелина на проводника остава неизползвана, не намалява съпротивлението си и просто няма смисъл да се увеличава дебелината на проводниците. Особено при високи честоти. Следователно, за променлив ток съпротивлението се измерва в такива участъци от проводници, където цялото му сечение може да се счита за близко до повърхността. Такава жица се нарича тънка; нейната дебелина е равна на удвоената дълбочина на този повърхностен слой, където вихровите токове изместват полезния основен ток, протичащ в проводника.

Разбира се, намаляването на дебелината на кръглите проводници не изчерпва ефективното провеждане на променлив ток. Проводникът може да бъде изтънен, но в същото време направен плосък под формата на лента, тогава напречното сечение ще бъде по-високо от това на кръгъл проводник и съответно съпротивлението ще бъде по-ниско. В допълнение, простото увеличаване на повърхността ще има ефект на увеличаване на ефективното напречно сечение. Същото може да се постигне чрез използване на многожилен проводник вместо едножилен; освен това многожилният проводник е по-гъвкав от едножилния, което често е ценно. От друга страна, като се вземе предвид скин-ефектът в проводниците, е възможно да се направят проводниците композитни, като се направи сърцевината от метал, който има добри якостни характеристики, например стомана, но ниски електрически характеристики. В този случай върху стоманата се прави алуминиева оплетка, която има по-ниско съпротивление.

В допълнение към скин-ефекта, протичането на променлив ток в проводниците се влияе от възбуждането на вихрови токове в околните проводници. Такива токове се наричат ​​индукционни токове и се индуцират както в метали, които не играят ролята на окабеляване (носещи конструктивни елементи), така и в проводниците на целия проводящ комплекс - играят ролята на проводници на други фази, неутрални , заземяване.

Всички тези явления се срещат във всички електрически конструкции, което прави още по-важно да има изчерпателна справка за голямо разнообразие от материали.

Съпротивлението на проводниците се измерва с много чувствителни и прецизни инструменти, тъй като за окабеляване се избират метали с най-ниско съпротивление - от порядъка на ома * 10 -6 на метър дължина и кв.м. мм. секции. За да измерите съпротивлението на изолацията, имате нужда от инструменти, напротив, които имат диапазони от много големи стойности на съпротивление - обикновено мегаоми. Ясно е, че проводниците трябва да провеждат добре, а изолаторите трябва да изолират добре.

Таблица

Желязото като проводник в електротехниката

Желязото е най-разпространеният метал в природата и техниката (след водорода, който също е метал). Той е най-евтиният и има отлични якостни характеристики, поради което се използва навсякъде като основа за здравина на различни конструкции.

В електротехниката желязото се използва като проводник под формата на гъвкави стоманени проводници, където е необходима физическа здравина и гъвкавост, а необходимата устойчивост може да се постигне чрез подходящо напречно сечение.

Имайки таблица на съпротивлението на различни метали и сплави, можете да изчислите напречните сечения на проводници, направени от различни проводници.

Като пример, нека се опитаме да намерим електрически еквивалентното напречно сечение на проводници, направени от различни материали: медна, волфрамова, никелова и желязна тел. Нека вземем алуминиева тел с напречно сечение 2,5 mm като първоначална.

Необходимо е на дължина от 1 m съпротивлението на жицата, направена от всички тези метали, да е равно на съпротивлението на оригиналната. Съпротивлението на алуминия на 1 m дължина и 2,5 mm сечение ще бъде равно на

Къде Р- устойчивост, ρ – съпротивление на метала от масата, С– площ на напречното сечение, Л- дължина.

Замествайки първоначалните стойности, получаваме съпротивлението на парче алуминиева жица с дължина метър в ома.

След това нека решим формулата за S

Ще заместим стойностите от таблицата и ще получим площите на напречното сечение за различните метали.

Тъй като съпротивлението в таблицата се измерва на проводник с дължина 1 m, в микроома на 1 mm 2 секция, тогава го получихме в микроома. За да го получите в омове, трябва да умножите стойността по 10 -6. Но не е задължително да получаваме числото ом с 6 нули след десетичната запетая, тъй като все още намираме крайния резултат в mm2.

Както можете да видите, съпротивлението на желязото е доста високо, жицата е дебела.

Но има материали, за които е още по-голям, например никел или константан.

Една от физичните величини, използвани в електротехниката, е електрическото съпротивление. Когато се разглежда съпротивлението на алуминия, трябва да се помни, че тази стойност характеризира способността на веществото да предотвратява преминаването на електрически ток през него.

Концепции за съпротивление

Стойността, противоположна на специфичното съпротивление, се нарича специфична проводимост или електрическа проводимост. Обикновеното електрическо съпротивление е характерно само за проводник, а специфичното електрическо съпротивление е характерно само за определено вещество.

По правило тази стойност се изчислява за проводник с хомогенна структура. За определяне на електрически хомогенни проводници се използва формулата:

Физическият смисъл на тази величина се състои в определено съпротивление на хомогенен проводник с определена единица дължина и площ на напречното сечение. Мерната единица е единицата SI Om.m или несистемната единица Om.mm2/m. Последната единица означава, че проводник, изработен от хомогенна субстанция, с дължина 1 m, с площ на напречното сечение от 1 mm2, ще има съпротивление от 1 Ohm. По този начин съпротивлението на всяко вещество може да се изчисли, като се използва секция от електрическа верига с дължина 1 m, чието напречно сечение ще бъде 1 mm2.

Съпротивление на различни метали

Всеки метал има свои индивидуални характеристики. Ако сравним съпротивлението на алуминия, например с медта, можем да отбележим, че за медта тази стойност е 0,0175 Ohm.mm2/m, а за алуминия е 0,0271 Ohm.mm2/m. По този начин съпротивлението на алуминия е значително по-високо от това на медта. От това следва, че електропроводимостта е много по-висока от тази на алуминия.

Стойността на съпротивлението на металите се влияе от определени фактори. Например, по време на деформация, структурата на кристалната решетка се нарушава. Поради получените дефекти се увеличава съпротивлението на преминаването на електрони вътре в проводника. Поради това съпротивлението на метала се увеличава.

Температурата също оказва влияние. При нагряване възлите на кристалната решетка започват да вибрират по-силно, като по този начин увеличават съпротивлението. В момента, поради високото съпротивление, алуминиевите проводници се заменят широко с медни проводници, които имат по-висока проводимост.