Nagu Ohmi seadusest teame, on voolutugevus vooluringi osas järgmises seoses: I=U/R. Seadus tuletati 19. sajandil Saksa füüsiku Georg Ohmi katsete käigus. Ta märkas mustrit: voolutugevus vooluringi mis tahes osas sõltub otseselt sellele sektsioonile rakendatavast pingest ja pöördvõrdeliselt selle takistusest.

Hiljem leiti, et lõigu takistus sõltub sellest geomeetrilised omadused järgmiselt: R = ρl/S,

kus l on juhi pikkus, S on selle pindala ristlõige, ja ρ on teatud proportsionaalsustegur.

Seega määrab takistuse juhi geomeetria, samuti selline parameeter nagu takistus(edaspidi - u.s.) - see on selle koefitsiendi nimi. Kui võtta kaks ühesuguse ristlõike ja pikkusega juhti ja asetada need ükshaaval ahelasse, siis voolu ja takistust mõõtes on näha, et kahel juhul on need näitajad erinevad. Seega spetsiifiline elektritakistus - see on materjali omadus, millest juht on valmistatud, või, veelgi täpsemini, aine.

Juhtivus ja takistus

USA näitab aine võimet takistada voolu läbimist. Kuid füüsikas on ka pöördsuurus – juhtivus. Ta näitab üles juhtimisoskust elektrivool. See näeb välja selline:

σ=1/ρ, kus ρ on aine eritakistus.

Kui me räägime juhtivusest, siis selle määravad selle aine laengukandjate omadused. Seega on metallidel vabad elektronid. Väliskesta peal pole neid rohkem kui kolm ja aatomil on kasulikum need "ära anda", mis juhtub siis, kui keemilised reaktsioonid ainetega perioodilisuse tabeli paremalt küljelt. Olukorras, kus meil on puhas metall, sellel on kristallstruktuur, milles need välised elektronid on jagatud. Need kannavad laengut üle, kui metallile rakendatakse elektrivälja.

Lahustes on laengukandjateks ioonid.

Kui me räägime sellistest ainetest nagu räni, siis oma omaduste poolest see nii on pooljuht ja see töötab veidi teisel põhimõttel, aga sellest hiljem. Vahepeal mõelgem välja, mille poolest need aineklassid erinevad:

1. Dirigendid;
2. pooljuhid;
3. Dielektrikud.

Dirigendid ja dielektrikud

On aineid, mis peaaegu ei juhi voolu. Neid nimetatakse dielektrikuteks. Sellised ained on võimelised polariseeruma elektriväli, see tähendab, et nende molekulid võivad sellel väljal pöörlema ​​sõltuvalt sellest, kuidas nad neis jaotuvad elektronid. Kuid kuna need elektronid ei ole vabad, vaid teenivad aatomite vahelist suhtlust, ei juhi nad voolu.

Dielektrikute juhtivus on peaaegu null, kuigi ideaalseid nende hulgas pole (see on sama abstraktsioon kui absoluutselt must keha või ideaalne gaas).

Mõiste “juht” kokkuleppeline piir on ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Nende kahe klassi vahele jäävad ained, mida nimetatakse pooljuhtideks. Kuid nende eraldamine eraldi ainete rühmaks on seotud mitte niivõrd nende vahepealse olekuga reas "juhtivus - takistus", vaid selle juhtivuse tunnustega erinevates tingimustes.

Sõltuvus keskkonnateguritest

Juhtivus ei ole täiesti konstantne väärtus. Andmed tabelites, millest ρ arvutamiseks võetakse, on olemas normaalsete keskkonnatingimuste, st 20 kraadise temperatuuri kohta. Tegelikkuses on selliseid ideaalseid tingimusi ahela tööks raske leida; tegelikult USA (ja seega ka juhtivus) sõltuvad järgmistest teguritest:

1. temperatuur;
2. surve;
3. magnetvälja olemasolu;
4. valgus;
5. agregatsiooni olek.

Erinevatel ainetel on selle parameetri muutmiseks erinevates tingimustes oma ajakava. Seega suurendavad ferromagnetid (raud ja nikkel) seda, kui voolu suund langeb kokku magnetvälja jõujoonte suunaga. Mis puutub temperatuuri, siis siin on sõltuvus peaaegu lineaarne (seal on isegi temperatuuri takistuse koefitsiendi mõiste ja see on ka tabeli väärtus). Kuid selle sõltuvuse suund on erinev: metallide puhul suureneb see temperatuuri tõustes ning haruldaste muldmetallide ja elektrolüütide lahuste puhul - ja see on samas agregatsiooniseisundis.

Pooljuhtide puhul ei ole sõltuvus temperatuurist lineaarne, vaid hüperboolne ja pöördvõrdeline: temperatuuri tõustes nende juhtivus suureneb. See eristab kvalitatiivselt juhte pooljuhtidest. Nii näeb välja ρ sõltuvus juhtide temperatuurist:

Siin on näidatud vase, plaatina ja raua eritakistus. Mõnel metallil, näiteks elavhõbedal, on pisut erinev graafik – kui temperatuur langeb 4 K-ni, kaotab see selle peaaegu täielikult (seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks).

Ja pooljuhtide puhul on see sõltuvus umbes selline:

Vedelasse olekusse üleminekul metalli ρ suureneb, kuid siis käituvad nad kõik erinevalt. Näiteks sula vismuti puhul on see madalam kui toatemperatuuril ja vase puhul 10 korda kõrgem kui tavaliselt. Nikkel lahkub lineaargraafikust veel 400 kraadi juures, mille järel ρ langeb.

Kuid volframil on nii suur temperatuurisõltuvus, et see põhjustab hõõglampide läbipõlemist. Sisselülitamisel soojendab vool mähist ja selle takistus suureneb mitu korda.

Samuti y. Koos. sulamid sõltuvad nende valmistamise tehnoloogiast. Seega, kui tegemist on lihtsa mehaanilise seguga, saab sellise aine takistuse arvutada keskmise abil, kuid asendussulami puhul (see on siis, kui kaks või enam elementi ühendatakse üheks kristallvõreks) on see erinev. , reeglina palju suurem. Näiteks nikroomil, millest valmistatakse elektripliitide spiraale, on selle parameetri jaoks selline väärtus, et vooluringiga ühendamisel kuumeneb see juht kuni punetuseni (sellepärast seda tegelikult kasutatakse).

Siin on süsinikteraste iseloomulik ρ:

Nagu näha, sulamistemperatuurile lähenedes see stabiliseerub.

Erinevate juhtide takistus

Olgu kuidas on, arvutustes kasutatakse ρ-d täpselt tavatingimustes. Siin on tabel, mille abil saate võrrelda erinevate metallide omadusi:

Nagu tabelist näha, on parim dirigent hõbedane. Ja ainult selle maksumus takistab selle laialdast kasutamist kaablitootmises. USA alumiinium on samuti väike, kuid vähem kui kuld. Tabelist selgub, miks majade juhtmestik on kas vasest või alumiiniumist.

Tabelis ei ole niklit, millel, nagu me juba ütlesime, on veidi ebatavaline y graafik. Koos. temperatuuril. Nikli eritakistus pärast temperatuuri tõstmist 400 kraadini ei hakka mitte kasvama, vaid langema. See käitub huvitavalt ka teiste asendussulamite puhul. Nii käitub vase ja nikli sulam, sõltuvalt mõlema protsendist:

Ja see huvitav graafik näitab tsingi ja magneesiumi sulamite vastupidavust:

Suure takistusega sulameid kasutatakse materjalidena reostaatide valmistamiseks, siin on nende omadused:

Need on keerulised sulamid, mis koosnevad rauast, alumiiniumist, kroomist, mangaanist ja niklist.

Süsinikteraste puhul on see ligikaudu 1,7*10^-7 oomi m.

Erinevus y vahel. Koos. Erinevad juhid määratakse nende rakenduse järgi. Nii kasutatakse vaske ja alumiiniumi laialdaselt kaablite tootmisel ning kulda ja hõbedat kasutatakse kontaktidena mitmetes raadiotehnikatoodetes. Elektriseadmete tootjate seas on oma koha leidnud kõrge takistusega juhid (täpsemalt loodi need selleks otstarbeks).

Selle parameetri varieeruvus sõltuvalt keskkonnatingimustest oli aluseks sellistele seadmetele nagu magnetvälja andurid, termistorid, deformatsioonimõõturid ja fototakistid.

Iga aine on võimeline juhtima voolu erineval määral, seda väärtust mõjutab materjali takistus. Vase, alumiiniumi, terase ja mis tahes muu elemendi eritakistust tähistatakse kreeka tähestiku tähega ρ. See väärtus ei sõltu juhi sellistest omadustest nagu suurus, kuju ja füüsiline seisukord võtab neid parameetreid arvesse. Eritakistust mõõdetakse oomides, korrutatuna mm²-ga ja jagatud meetriga.

Kategooriad ja nende kirjeldused

Iga materjal on sõltuvalt sellele tarnitavast elektrist võimeline avaldama kahte tüüpi takistust. Vool võib olla muutuv või konstantne, mis mõjutab oluliselt aine tehnilisi omadusi. Niisiis, on selliseid takistusi:

1. Ohmic. Ilmub alalisvoolu mõjul. Iseloomustab hõõrdumist, mis tekib elektriliselt laetud osakeste liikumisel juhis.
2. Aktiivne. See määratakse kindlaks sama põhimõtte kohaselt, kuid luuakse vahelduvvoolu mõjul.

Sellega seoses on olemas ka kaks konkreetse väärtuse määratlust. Alalisvoolu korral on see võrdne takistusega, mida avaldab ühikulise fikseeritud ristlõikepinnaga juhtiva materjali ühikupikkus. Potentsiaalne elektriväli mõjutab kõiki juhte, samuti pooljuhte ja lahuseid, mis on võimelised ioone juhtima. See väärtus määrab materjali enda juhtivad omadused. Juhi kuju ja selle mõõtmeid ei võeta arvesse, seega võib seda nimetada elektrotehnika ja materjaliteaduse põhiliseks.

Vahelduvvoolu läbimise korral arvutatakse konkreetne väärtus juhtiva materjali paksust arvesse võttes. Siin ei mõjuta mitte ainult potentsiaal, vaid ka pöörisvool ning lisaks võetakse arvesse elektriväljade sagedust. Seda tüüpi takistus on suurem kui alalisvoolu korral, kuna siin võetakse arvesse keerisevälja takistuse positiivset väärtust. See väärtus sõltub ka juhi enda kujust ja suurusest. Just need parameetrid määravad ära laetud osakeste keerisliikumise olemuse.

Vahelduvvool põhjustab juhtides teatud elektromagnetilisi nähtusi. Need on juhtiva materjali elektriliste omaduste jaoks väga olulised:

1. Nahaefekti iseloomustab elektromagnetvälja nõrgenemine, mida rohkem see juhi keskkonda tungib. Seda nähtust nimetatakse ka pinnaefektiks.
2. Lähedusefekt vähendab voolutihedust külgnevate juhtmete läheduse ja nende mõju tõttu.

Need mõjud on juhi optimaalse paksuse arvutamisel väga olulised, kuna juhtme kasutamisel, mille raadius on suurem kui voolu materjali tungimise sügavus, jääb selle ülejäänud mass kasutamata ja seetõttu on see lähenemisviis ebaefektiivne. Vastavalt tehtud arvutustele on juhtiva materjali efektiivne läbimõõt mõnes olukorras järgmine:

• voolule 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

Seda silmas pidades kasutatakse kõrgsagedusvoolude jaoks aktiivselt lamedate mitmesooneliste kaablite kasutamist, mis koosnevad paljudest õhukestest juhtmetest.

Metallide omadused

Metalljuhtide spetsiifilised näitajad on toodud spetsiaalsetes tabelites. Neid andmeid kasutades saate teha vajalikud täiendavad arvutused. Sellise takistustabeli näide on näha pildil.

Tabel näitab, et hõbeda juhtivus on suurim – see on ideaalne juht kõigi olemasolevate metallide ja sulamite seas. Kui arvutate, kui palju traati sellest materjalist on vaja 1 oomi takistuse saamiseks, saate sama väärtuse jaoks 62,5 m.

Ükskõik kui suurepärased omadused hõbedal on, on see liiga kallis materjal elektrivõrkudes massiliseks kasutamiseks, mistõttu on vask leidnud laialdast rakendust igapäevaelus ja tööstuses. Spetsiifilise näitaja poolest on see hõbeda järel teisel kohal ning levimuse ja kaevandamislihtsuse poolest on ta sellest palju parem. Vasel on muid eeliseid, mis on võimaldanud tal saada kõige tavalisemaks juhiks. Nende hulka kuuluvad:

Elektrotehnikas kasutamiseks kasutatakse rafineeritud vaske, mis pärast sulfiidmaagist sulatamist läbib röstimis- ja puhumisprotsessi ning seejärel puhastatakse tingimata elektrolüütiliselt. Pärast sellist töötlemist saate väga kvaliteetse materjali (klassid M1 ja M0), mis sisaldab 0,1–0,05% lisandeid. Oluline nüanss on hapniku olemasolu äärmiselt väikestes kogustes, kuna see mõjutab negatiivselt vase mehaanilisi omadusi.

Sageli asendatakse see metall odavamate materjalidega - alumiinium ja raud, aga ka erinevad pronksid (sulamid räni, berülliumi, magneesiumi, tina, kaadmiumi, kroomi ja fosforiga). Sellistel kompositsioonidel on suurem tugevus võrreldes puhta vasega, kuigi neil on madalam juhtivus.

Alumiiniumi eelised

Kuigi alumiinium on suurema vastupidavusega ja hapram, on selle laialdane kasutamine tingitud sellest, et seda ei ole nii vähe kui vaske ja seetõttu maksab see vähem. Alumiiniumi eritakistus on 0,028 ja selle madal tihedus muudab selle 3,5 korda kergemaks kui vask.

Elektritöödel kasutatakse puhastatud alumiiniumi klassi A1, mis ei sisalda rohkem kui 0,5% lisandeid. Kõrgemat klassi AB00 kasutatakse elektrolüütkondensaatorite, elektroodide ja alumiiniumfooliumi valmistamiseks. Selle alumiiniumi lisandite sisaldus ei ületa 0,03%. Samuti on puhas metall AB0000, sealhulgas mitte rohkem kui 0,004% lisandeid. Lisandid ise loevad ka: nikkel, räni ja tsink mõjutavad kergelt alumiiniumi juhtivust ning vase, hõbeda ja magneesiumi sisaldus selles metallis on märgatav. Kõige enam vähendavad juhtivust tallium ja mangaan.

Alumiiniumil on head korrosioonivastased omadused. Õhuga kokkupuutel kaetakse see õhukese oksiidikilega, mis kaitseb seda edasise hävimise eest. Mehaaniliste omaduste parandamiseks legeeritakse metall teiste elementidega.

Terase ja raua indikaatorid

Raua eritakistus võrreldes vase ja alumiiniumiga on väga kõrge, kuid selle kättesaadavuse, tugevuse ja deformatsioonikindluse tõttu kasutatakse materjali laialdaselt elektritootmises.

Kuigi raual ja terasel, mille eritakistus on veelgi suurem, on olulisi puudusi, on juhtmaterjalide tootjad leidnud meetodeid nende kompenseerimiseks. Eelkõige ületab madala korrosioonikindluse terastraadi katmine tsingi või vasega.

Naatriumi omadused

Naatriummetall on ka juhtmete tootmisel väga paljulubav. Vastupidavuse poolest ületab see oluliselt vaske, kuid selle tihedus on sellest 9 korda väiksem. See võimaldab materjali kasutada ülikergete juhtmete valmistamisel.

Naatriummetall on väga pehme ja igasuguste deformatsioonide suhtes täiesti ebastabiilne, mistõttu on selle kasutamine problemaatiline - sellest metallist valmistatud traat peab olema kaetud väga tugeva ja äärmiselt vähese painduvusega ümbrisega. Kest peab olema suletud, kuna naatriumil on kõige neutraalsemates tingimustes tugev keemiline aktiivsus. See oksüdeerub õhus koheselt ja reageerib ägedalt veega, sealhulgas õhus oleva veega.

Teine naatriumi kasutamise eelis on selle kättesaadavus. Seda on võimalik saada sula naatriumkloriidi elektrolüüsil, mida maailmas on piiramatul hulgal. Teised metallid on selles osas selgelt kehvemad.

Konkreetse juhi jõudluse arvutamiseks on vaja traadi konkreetse arvu ja pikkuse korrutis jagada selle ristlõike pindalaga. Tulemuseks on takistuse väärtus oomides. Näiteks 200 m raudtraadi takistuse määramiseks nimiristlõikega 5 mm² peate 0,13 korrutama 200-ga ja jagama tulemuse 5-ga. Vastus on 5,2 oomi.

Arvutamise reeglid ja omadused

Mikrooomeetreid kasutatakse metallilise kandja takistuse mõõtmiseks. Tänapäeval toodetakse neid digitaalsena, seega on nende abiga tehtud mõõtmised täpsed. Seda saab seletada asjaoluga, et metallidel on kõrge juhtivuse tase ja nende takistus on äärmiselt madal. Näiteks mõõteriistade alumine lävi on väärtusega 10 -7 oomi.

Mikrooommeetrite abil saate kiiresti kindlaks teha, kui hea kontakt on ja millist takistust näitavad generaatorite, elektrimootorite ja trafode, aga ka elektribusside mähised. Võimalik on arvutada teise metalli lisandite olemasolu valuplokis. Näiteks kullaga kaetud volframitükil on pool kogu kulla juhtivusest. Sama meetodit saab kasutada juhi sisemiste defektide ja õõnsuste määramiseks.

Takistuse valem on järgmine: ρ = Ohm mm 2 /m. Sõnades võib seda kirjeldada kui 1 meetri juhtme takistust, mille ristlõikepindala on 1 mm². Eeldatakse, et temperatuur on standardne – 20 °C.

Temperatuuri mõju mõõtmisele

Mõne juhtme soojendamine või jahutamine mõjutab oluliselt mõõtevahendite jõudlust. Näitena võib tuua järgmise katse: akuga on vaja ühendada spiraalselt mähitud traat ja vooluringiga ühendada ampermeeter.

Mida rohkem juht soojeneb, seda madalamaks muutuvad seadme näidud. Voolutugevus on pöördvõrdeline takistusega. Seetõttu võime järeldada, et kuumutamise tulemusena metalli juhtivus väheneb. Suuremal või vähemal määral käituvad nii kõik metallid, kuid mõnel sulamil juhtivus praktiliselt ei muutu.

Tähelepanuväärne on, et vedelad juhid ja mõned tahked mittemetallid kipuvad temperatuuri tõustes oma takistust vähendama. Kuid teadlased on ka selle metallide võime enda kasuks pööranud. Teades temperatuuri takistustegurit (α) mõne materjali kuumutamisel, on võimalik määrata välistemperatuur. Näiteks vilgukiviraamile asetatud plaatinatraat pannakse ahju ja mõõdetakse takistust. Sõltuvalt sellest, kui palju see on muutunud, tehakse järeldus ahju temperatuuri kohta. Seda disaini nimetatakse takistustermomeetriks.

Kui temperatuuril t 0 juhi takistus on r 0 ja temperatuuril t võrdub rt, siis on takistuse temperatuuritegur võrdne

Selle valemi abil saab arvutada ainult teatud temperatuurivahemikus (kuni ligikaudu 200 °C).

Vase takistus küll muutub temperatuuriga, kuid esmalt tuleb otsustada, kas räägime juhtide elektrilisest takistusest (oomilisest takistusest), mis on oluline alalisvoolu üle Etherneti puhul, või räägime signaalidest andmevõrkudes ja siis me räägime sisestuskadudest elektromagnetlaine levimisel keerdpaarkeskkonnas ja sumbumise sõltuvusest temperatuurist (ja sagedusest, mis pole vähem oluline).

Vase takistus

Rahvusvahelises SI-süsteemis mõõdetakse juhtide takistust ühikutes Ohm∙m. IT-valdkonnas kasutatakse sagedamini süsteemivälist mõõdet Ohm∙mm 2 /m, mis on arvutuste jaoks mugavam, kuna juhtmete ristlõiked on tavaliselt näidatud mm 2-ga. Väärtus 1 Ohm∙mm 2 /m on miljon korda väiksem kui 1 Ohm∙m ja iseloomustab aine eritakistust, mille 1 m pikkune ja 1 mm 2 ristlõikepindalaga homogeenne juht annab takistus 1 oomi.

Puhta elektrilise vase eritakistus 20°C juures on 0,0172 oomi∙mm 2 /m. Erinevatest allikatest leiate väärtused kuni 0,018 Ohm∙mm 2 /m, mis võivad kehtida ka elektrilise vase kohta. Väärtused varieeruvad sõltuvalt materjali töötlemisest. Näiteks traadi lõõmutamine pärast tõmbamist (“joonistamine”) vähendab vase eritakistust mitme protsendi võrra, kuigi seda tehakse peamiselt mehaaniliste, mitte elektriliste omaduste muutmiseks.

Vase takistusel on otsene mõju Power over Etherneti rakendustele. Ainult osa juhisse sisestatud algsest alalisvoolust jõuab juhtme kaugemasse otsa – teatav kadu on vältimatu. Nii et näiteks PoE tüüp 1 nõuab, et allika tarnitavast 15,4 W-st jõuaks kõige kaugemas otsas töötava seadmeni vähemalt 12,95 W.

Vase eritakistus varieerub sõltuvalt temperatuurist, kuid IT temperatuuride puhul on muutused väikesed. Eritakistuse muutus arvutatakse valemite abil:

ΔR = α R ΔT

R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

kus ΔR on eritakistuse muutus, R on eritakistus baastasemeks võetud temperatuuril (tavaliselt 20°C), ΔT on temperatuurigradient, α on antud materjali eritakistuse temperatuuritegur (mõõde °C -1 ). Vahemikus 0 °C kuni 100 °C on vase jaoks aktsepteeritud temperatuurikoefitsient 0,004 °C -1. Arvutame vase eritakistuse 60°C juures.

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

Takistus suurenes 16%, kui temperatuur tõusis 40 °C võrra. Kaablisüsteemide kasutamisel ei tohiks muidugi keerdpaar olla kõrgete temperatuuride käes. Õigesti projekteeritud ja paigaldatud süsteemi korral erineb kaablite temperatuur tavapärasest 20 °C-st vähe ja siis on takistuse muutus väike. Telekommunikatsioonistandardite kohaselt ei tohi 5e või 6. kategooria keerdpaarkaablis 100 m pikkuse vaskjuhi takistus temperatuuril 20°C ületada 9,38 oomi. Praktikas sobivad tootjad selle väärtusega varuga, nii et isegi temperatuuril 25 ° C ÷ 30 ° C ei ületa vaskjuhi takistus seda väärtust.

Keerdpaari signaali sumbumine / sisestamise kadu

Kui elektromagnetlaine levib läbi keerdpaariga vaskkaabli, hajub osa selle energiast mööda teed lähemast otsast kaugemasse otsa. Mida kõrgem on kaabli temperatuur, seda rohkem signaal nõrgeneb. Kõrgetel sagedustel on sumbumine suurem kui madalatel sagedustel ja kõrgemate kategooriate puhul on sisestuskadude testimise vastuvõetavad piirid rangemad. Sel juhul on kõik piirväärtused seatud temperatuurile 20°C. Kui 20°C juures saabus algne signaal 100 m pikkuse lõigu kaugemasse otsa võimsustasemega P, siis kõrgemal temperatuuril täheldatakse sellist signaali võimsust lühematel vahemaadel. Kui segmendi väljundis on vaja pakkuda sama signaalivõimsust, peate kas paigaldama lühema kaabli (mis pole alati võimalik) või valima väiksema sumbumisega kaablimargid.

• Varjestatud kaablite puhul temperatuuridel üle 20°C põhjustab temperatuurimuutus 1 kraadi võrra sumbumise muutust 0,2%.
• Igat tüüpi kaablite ja mis tahes sageduste puhul temperatuuril kuni 40°C põhjustab temperatuurimuutus 1 kraadi võrra sumbumise muutust 0,4%
• Igat tüüpi kaablite ja mis tahes sageduste puhul temperatuuridel 40°C kuni 60°C põhjustab temperatuurimuutus 1 kraadi võrra sumbumise muutust 0,6%.
• 3. kategooria kaablite sumbumine võib muutuda 1,5% Celsiuse kraadi kohta

Juba 2000. aasta alguses. TIA/EIA-568-B.2 soovitas 6. kategooria püsiühenduse/kanali maksimaalset lubatud pikkust vähendada, kui kaabel on paigaldatud kõrgendatud temperatuuriga keskkonda, ja mida kõrgem on temperatuur, seda lühem segment peaks olema.

Arvestades, et 6A kategooria sageduslagi on kaks korda kõrgem kui kategooria 6 puhul, on selliste süsteemide temperatuuripiirangud veelgi karmimad.

Täna, rakenduste juurutamisel PoE Me räägime maksimaalselt 1-gigabitisest kiirusest. Kui aga kasutatakse 10-gigabitisi rakendusi, ei ole Power over Ethernet valik, vähemalt mitte veel. Nii et sõltuvalt teie vajadustest peate temperatuuri muutumisel arvestama kas vase takistuse või sumbumise muutusega. Mõlemal juhul on kõige mõistlikum tagada kaablite temperatuur 20°C lähedal.

Seetõttu on oluline teada kõigi kasutatud elementide ja materjalide parameetreid. Ja mitte ainult elektriline, vaid ka mehaaniline. Ja teie käsutuses on mõned mugavad võrdlusmaterjalid, mis võimaldavad teil võrrelda erinevate materjalide omadusi ning valida projekteerimiseks ja tööks täpselt seda, mis on konkreetses olukorras optimaalne.
Energia ülekandeliinides, kus ülesandeks on tarnida energia tarbijani kõige produktiivsemal viisil ehk suure kasuteguriga, arvestatakse nii kadude ökonoomilisust kui ka liinide endi mehaanikat. Liini lõplik majanduslik efektiivsus sõltub mehaanikast - see tähendab juhtmete, isolaatorite, tugede, tõusu-/allakäigutrafode seadmest ja paigutusest, kõigi konstruktsioonide kaalust ja tugevusest, sealhulgas pikkadele vahemaadele venitatud juhtmetest, samuti iga konstruktsioonielemendi jaoks valitud materjalid, selle töö- ja tegevuskulud. Lisaks on elektrit edastavates liinides kõrgemad nõuded nii liinide endi kui ka kõige ümbritseva läbisõidukoha ohutuse tagamiseks. Ja see lisab kulusid nii elektrijuhtmestiku pakkumisele kui ka kõigi konstruktsioonide täiendavale ohutusvarule.

Võrdluseks taandatakse andmed tavaliselt ühtseks võrreldavaks vormiks. Sageli lisatakse sellistele tunnustele epiteet "spetsiifiline" ja väärtusi endid peetakse teatud standardite alusel, mida ühendavad füüsikalised parameetrid. Näiteks elektritakistus on mingist metallist (vask, alumiinium, teras, volfram, kuld) valmistatud juhi takistus (oomid), mille pikkus ja ristlõige on ühikuline kasutatavas mõõtühikute süsteemis (tavaliselt SI). ). Lisaks on täpsustatud temperatuur, kuna kuumutamisel võib juhtide takistus käituda erinevalt. Aluseks võetakse normaalsed keskmised töötingimused - 20 kraadi Celsiuse järgi. Ja seal, kus keskkonnaparameetrite (temperatuur, rõhk) muutmisel on olulised omadused, võetakse kasutusele koefitsiendid ning koostatakse lisatabeleid ja sõltuvusgraafikuid.

Takistuse tüübid

Kuna vastupanu toimub:

• aktiivne - või oomiline, takistuslik -, mis tuleneb elektrikulust juhi (metalli) soojendamiseks, kui seda läbib elektrivool, ja
• reaktiivne - mahtuvuslik või induktiivne - mis tuleneb vältimatutest kadudest, mis on tingitud elektrivälja juhti läbiva voolu muutustest, siis on juhi eritakistus kahte tüüpi:

1. Elektriline eritakistus alalisvoolule (takistusliku iseloomuga) ja
2. Elektriline eritakistus vahelduvvoolule (reaktiivse iseloomuga).

Siin on 2. tüüpi eritakistus keeruline väärtus, mis koosneb kahest TC komponendist - aktiivsest ja reaktiivsest, kuna takistustakistus on alati olemas, kui vool läbib, olenemata selle olemusest, ja reaktiivtakistus ilmneb ainult voolutugevuse muutumisel ahelates. Alalisvooluahelates toimub reaktants ainult siirdeprotsesside ajal, mis on seotud voolu sisselülitamisega (voolu muutumine 0-st nominaalseks) või väljalülitamisega (erinevus nimiväärtusest 0-ni). Ja neid võetakse tavaliselt arvesse ainult ülekoormuskaitse projekteerimisel.

Vahelduvvooluahelates on reaktantsiga seotud nähtused palju mitmekesisemad. Need sõltuvad mitte ainult voolu tegelikust läbimisest teatud ristlõikes, vaid ka juhi kujust ning sõltuvus ei ole lineaarne.

Fakt on see, et vahelduvvool indutseerib elektrivälja nii selle juhi ümber, mille kaudu see voolab, kui ka juhis endas. Ja sellest väljast tekivad pöörisvoolud, mis tekitavad laengute tegeliku põhiliikumise "tõukamise" kogu juhi ristlõike sügavusest selle pinnale, nn "nahaefekt" (alates nahk – nahk). Selgub, et pöörisvoolud näivad "varastavat" selle ristlõike juhilt. Vool voolab kindlas kihis pinna lähedal, ülejäänud juhtme paksus jääb kasutamata, see ei vähenda selle takistust ja juhtide paksust pole lihtsalt mõtet suurendada. Eriti kõrgetel sagedustel. Seetõttu mõõdetakse vahelduvvoolu puhul takistust sellistes juhtmeosades, kus kogu selle lõiku võib pidada pinnalähedaseks. Sellist traati nimetatakse õhukeseks, selle paksus on võrdne selle pinnakihi kahekordse sügavusega, kus pöörisvoolud tõrjuvad välja juhis voolava kasuliku põhivoolu.

Muidugi ei ammenda ümmarguste juhtmete paksuse vähendamine vahelduvvoolu efektiivset juhtivust. Juhti saab õhendada, kuid samal ajal lindi kujul lamedaks teha, siis on ristlõige suurem kui ümmarguse traadi ristlõige ja vastavalt sellele on takistus väiksem. Lisaks suurendab lihtsalt pindala suurendamine efektiivset ristlõiget. Sama saab saavutada ühesoonelise traadi kasutamisega, lisaks on keerutatud traat paindlikum kui ühesooneline traat, mis on sageli väärtuslik. Teisalt, võttes arvesse nahaefekti juhtmetes, on võimalik teha juhtmeid komposiitmaterjalist, tehes südamiku heade tugevusomadustega metallist, näiteks terasest, kuid madalate elektriomadustega. Sel juhul tehakse terase peale alumiiniumpunutis, millel on väiksem takistus.

Lisaks nahaefektile mõjutab vahelduvvoolu voolu juhtides ümbritsevate juhtide pöörisvoolude ergastus. Selliseid voolusid nimetatakse induktsioonvooludeks ja need indutseeritakse nii metallides, mis ei mängi juhtmestiku rolli (kandvad konstruktsioonielemendid), kui ka kogu juhtiva kompleksi juhtmetes - mängides teiste faaside, neutraalsete juhtmete rolli. , maandus.

Kõik need nähtused esinevad kõigis elektristruktuurides, mistõttu on veelgi olulisem omada kõikehõlmavat viidet mitmesuguste materjalide jaoks.

Juhtide takistust mõõdetakse väga tundlike ja täpsete instrumentidega, kuna juhtmestikuks valitakse madalaima takistusega metallid - suurusjärgus oomi * 10 -6 oomi pikkuse ja ruutmeetri kohta. mm. lõigud. Isolatsioonitakistuse mõõtmiseks vajate seadmeid, millel on väga suured takistuse väärtused - tavaliselt megaoomid. On selge, et juhid peavad hästi juhtima ja isolaatorid peavad hästi isoleerima.

Tabel

Raud kui juht elektrotehnikas

Raud on looduses ja tehnikas levinuim metall (pärast vesinikku, mis on samuti metall). See on odavaim ja suurepäraste tugevusomadustega, seetõttu kasutatakse seda kõikjal erinevate konstruktsioonide tugevuse alusena.

Elektrotehnikas kasutatakse rauda painduvate terastraatide kujul juhina, kus on vaja füüsilist tugevust ja painduvust ning vajaliku takistuse saab saavutada vastava ristlõike kaudu.

Erinevate metallide ja sulamite eritakistuste tabeli abil saate arvutada erinevatest juhtmetest valmistatud juhtmete ristlõike.

Näitena proovime leida erinevatest materjalidest: vasest, volframist, niklist ja raudtraadist valmistatud juhtide elektriliselt ekvivalentse ristlõike. Võtame esialgseks alumiiniumtraadi ristlõikega 2,5 mm.

Meil on vaja, et kõigist nendest metallidest valmistatud traadi takistus oleks 1 m pikkusel võrdne algse takistusega. Alumiiniumi takistus 1 m pikkuse ja 2,5 mm sektsiooni kohta on võrdne

Kus R- vastupanu, ρ - metalli vastupidavus laualt, S- ristlõike pindala, L- pikkus.

Asendades algväärtused, saame meetripikkuse alumiiniumtraadi tüki takistuse oomides.

Pärast seda lahendame S valemi

Asendame tabelis olevad väärtused ja saame erinevate metallide ristlõikepinnad.

Kuna tabelis on eritakistust mõõdetud 1 m pikkusel traadil, mikrooomides 1 mm 2 sektsiooni kohta, siis saime selle mikrooomides. Selle saamiseks oomides peate väärtuse korrutama 10 -6-ga. Kuid me ei pea tingimata saama arvu oomi 6 nulliga pärast koma, sest lõpptulemuse leiame ikkagi mm2-des.

Nagu näete, on raua takistus üsna kõrge, traat on paks.

Kuid on materjale, mille puhul see on veelgi suurem, näiteks nikkel või konstantaan.

Üks elektrotehnikas kasutatavatest füüsikalistest suurustest on elektritakistus. Alumiiniumi eritakistuse kaalumisel tuleb meeles pidada, et see väärtus iseloomustab aine võimet takistada elektrivoolu läbimist sellest.

Takistuse mõisted

Eritakistuse vastandväärtust nimetatakse erijuhtivuseks või elektrijuhtivuseks. Tavaline elektritakistus on iseloomulik ainult juhile ja elektriline eritakistus on iseloomulik ainult konkreetsele ainele.

Reeglina arvutatakse see väärtus homogeense struktuuriga juhi jaoks. Elektriliste homogeensete juhtide määramiseks kasutatakse valemit:

Selle suuruse füüsikaline tähendus seisneb kindla ühikupikkuse ja ristlõikepindalaga homogeense juhi teatud takistuses. Mõõtühikuks on SI ühik Om.m või süsteemiväline ühik Om.mm2/m. Viimane ühik tähendab, et 1 m pikkuse homogeensest ainest valmistatud juhil, mille ristlõikepindala on 1 mm2, on takistus 1 oomi. Seega saab mis tahes aine eritakistuse arvutada 1 m pikkuse elektriahela lõigu abil, mille ristlõige on 1 mm2.

Erinevate metallide vastupidavus

Igal metallil on oma individuaalsed omadused. Kui võrrelda näiteks alumiiniumi eritakistust vasega, siis võib märkida, et vase puhul on see väärtus 0,0175 Ohm.mm2/m ja alumiiniumi puhul 0,0271 Ohm.mm2/m. Seega on alumiiniumi eritakistus oluliselt suurem kui vasel. Sellest järeldub, et elektrijuhtivus on palju suurem kui alumiiniumil.

Metallide eritakistuse väärtust mõjutavad teatud tegurid. Näiteks deformatsiooni käigus rikutakse kristallvõre struktuur. Tekkivate defektide tõttu suureneb takistus elektronide läbipääsule juhi sees. Seetõttu suureneb metalli vastupidavus.

Ka temperatuur avaldab mõju. Kuumutamisel hakkavad kristallvõre sõlmed tugevamalt vibreerima, suurendades seeläbi takistust. Praegu asendatakse alumiiniumtraadid suure takistuse tõttu laialdaselt vaskjuhtmetega, millel on suurem juhtivus.