همانطور که از قانون اهم می دانیم ، جریان در بخش مدار در رابطه زیر است: I \u003d U / R... این قانون از یک سری آزمایشات فیزیکدان آلمانی ، گئورگ اوم در قرن نوزدهم گرفته شده است. او یک الگوی را مشاهده کرد: قدرت جریان در هر بخش از مدار مستقیماً به ولتاژ اعمال شده به این بخش بستگی دارد و بالعکس - به مقاومت آن.

بعداً مشخص شد که مقاومت سایت به آن بستگی دارد مشخصات هندسی به روش زیر: R \u003d ρl / S,

جایی که l طول هادی است ، S مساحت آن است سطح مقطع، و ρ ضریب مشخصی از تناسب است.

بنابراین ، مقاومت توسط هندسه هادی و همچنین با پارامتری مانند مقاومت (از این پس - ما) - این نام این ضریب است. اگر دو هادی با مقطع و طول یکسان بگیرید و آنها را به نوبه خود در مدار قرار دهید ، با اندازه گیری جریان و مقاومت می توانید ببینید که در دو حالت این شاخص ها متفاوت خواهد بود. بنابراین ، خاص مقاومت الکتریکی - این ویژگی ماده ای است که رسانا از آن ساخته شده است و به عبارت دقیق تر ، ماده است.

رسانایی و مقاومت

آمریکا توانایی یک ماده را برای جلوگیری از عبور جریان نشان می دهد. اما در فیزیک یک مقدار معکوس نیز وجود دارد - رسانایی. او توانایی هدایت را نشان می دهد برق... به نظر می رسد به این شکل است:

σ \u003d 1 / ρ ، جایی که ρ مقاومت ویژه ماده است.

اگر ما در مورد رسانایی صحبت کنیم ، پس از آن توسط ویژگی های حامل های بار در این ماده تعیین می شود. بنابراین ، فلزات دارای الکترون آزاد هستند. در پوسته بیرونی بیش از سه مورد وجود ندارد و "دادن" آنها برای اتم سودآورتر است ، واکنشهای شیمیایی با مواد از سمت راست جدول تناوبی. در شرایطی که داریم فلز خالص، این ساختار کریستالی دارد که در آن این الکترونهای خارجی مشترک هستند. اگر یک میدان الکتریکی به فلز وارد شود ، این افراد هستند که بار را حمل می کنند.

در محلول ها ، حامل های شارژ یون هستند.

اگر ما در مورد موادی مانند سیلیکون صحبت کنیم ، بنابراین با توجه به خواص آن است نیمه هادی و روی یک اصل کمی متفاوت کار می کند ، اما بعداً درباره آن بیشتر کار می کنیم. در ضمن ، بیایید دریابیم که تفاوت بین این دسته از مواد چیست:

1. هادی ها
2. نیمه هادی ها
3. دی الکتریک.

هادی ها و دی الکتریک ها

موادی وجود دارند که تقریباً جریان را هدایت نمی کنند. به آنها دی الکتریک گفته می شود. چنین موادی قادر به قطبش در هستند میدان الکتریکی، یعنی مولکول های آنها بسته به نحوه توزیع در آنها می توانند در این زمینه بچرخند الکترونها... اما از آنجایی که این الکترون ها آزاد نیستند ، اما در خدمت پیوند بین اتم ها هستند ، جریان را هدایت نمی کنند.

رسانایی دی الکتریک ها تقریباً صفر است ، اگرچه هیچ ایده آل دیگری در بین آنها وجود ندارد (این همان برداشت یک بدن کاملا سیاه یا یک گاز ایده آل است).

مرز شرطی مفهوم "هادی" ρ است<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

در بین این دو کلاس موادی به نام نیمه هادی وجود دارد. اما جداسازی آنها به یک گروه جداگانه از مواد ، نه با ویژگی های میانی آنها در خط "رسانایی - مقاومت" ، بلکه با ویژگی های این رسانایی در شرایط مختلف ارتباط دارد.

وابستگی به عوامل محیطی

رسانایی کاملاً ثابت نیست. داده های موجود در جداول ، جایی که ρ برای محاسبه گرفته می شود ، برای شرایط طبیعی محیط ، یعنی برای دمای 20 درجه وجود دارد. در واقع ، یافتن چنین شرایط ایده آل برای کارکرد زنجیره دشوار است. در واقع ما (و بنابراین ، رسانایی) به عوامل زیر بستگی دارد:

1. درجه حرارت؛
2. فشار؛
3. وجود میدان های مغناطیسی
4. درخشش
5. حالت جمع شدن

مواد مختلف در شرایط مختلف نمودار تغییرات خاص خود را در این پارامتر دارند. بنابراین آهنرباها (آهن و نیکل) وقتی جهت جریان با جهت خطوط میدان مغناطیسی منطبق شود ، آن را افزایش می دهند. در مورد دما ، این وابستگی تقریباً خطی است (حتی مفهومی از ضریب مقاومت دما وجود دارد و این نیز یک مقدار جدولی است). اما جهت این وابستگی متفاوت است: در فلزات ، با افزایش دما افزایش می یابد ، و در عناصر خاکی کمیاب و محلول های الکترولیت ، افزایش می یابد - و این در همان حالت تجمع است.

در نیمه رساناها ، وابستگی به دما خطی نیست ، بلکه هذلولی و معکوس است: با افزایش دما ، رسانایی آنها افزایش می یابد. این از نظر کیفی هادی ها را از نیمه هادی ها متمایز می کند. وابستگی ρ به دما برای هادی ها به این ترتیب است:

در اینجا مقاومت مس ، پلاتین و آهن نشان داده شده است. نمودار کمی متفاوت برای برخی از فلزات ، به عنوان مثال ، جیوه - هنگامی که دما به 4 K کاهش می یابد ، تقریباً آن را کاملا از دست می دهد (این پدیده ابررسانایی نامیده می شود).

و برای نیمه هادی ها ، این وابستگی چیزی شبیه به این خواهد بود:

در انتقال به حالت مایع ، ρ فلز افزایش می یابد ، اما سپس همه آنها متفاوت رفتار می کنند. به عنوان مثال ، برای بیسموت مذاب کمتر از دمای اتاق است و برای مس 10 برابر بیشتر از حد نرمال است. نیکل نمودار خط را در 400 درجه ترک می کند ، پس از آن ρ می افتد.

اما در تنگستن ، وابستگی به دما آنقدر زیاد است که باعث سوختن لامپ های رشته ای می شود. با روشن شدن ، جریان سیم پیچ را گرم می کند و مقاومت آن چندین برابر می شود.

همچنین در. از جانب. آلیاژها به فناوری تولید آنها بستگی دارد. بنابراین ، اگر با یک مخلوط مکانیکی ساده روبرو هستیم ، مقاومت چنین ماده ای را می توان با میانگین محاسبه کرد ، اما برای آلیاژ جایگزینی متفاوت خواهد بود (این زمانی است که دو یا چند عنصر به یک شبکه بلوری اضافه می شوند) ، به عنوان یک قاعده ، خیلی بیشتر. به عنوان مثال ، نیکروم ، که مارپیچ اجاق های الکتریکی از آن ساخته می شود ، برای این پارامتر چنین رقمی دارد که این هادی ، وقتی در مدار قرار می گیرد ، تا قرمزی گرم می شود (به همین دلیل است که در واقع از آن استفاده می شود).

در اینجا ویژگی ρ فولادهای کربنی وجود دارد:

همانطور که مشاهده می کنید ، هنگام نزدیک شدن به دمای ذوب ، تثبیت می شود.

مقاومت رساناهای مختلف

همانطور که ممکن است باشد و در محاسبات ، ρ دقیقاً در شرایط عادی استفاده می شود. در اینجا جدولی ارائه شده است که می توانید این ویژگی را برای فلزات مختلف مقایسه کنید:

همانطور که از جدول می بینید ، بهترین رسانا نقره است. و فقط هزینه آن مانع از استفاده گسترده آن در تولید کابل می شود. آمریکا آلومینیوم نیز کوچک است ، اما کمتر از طلا است. از جدول مشخص می شود که چرا سیم کشی خانه ها مس یا آلومینیوم است.

این جدول شامل نیکل نیست ، که همانطور که قبلاً گفتیم ، یک نمودار کمی غیر معمول از وابستگی y دارد. از جانب. از دما پس از افزایش دما تا 400 درجه ، مقاومت ویژه نیکل شروع به رشد نمی کند ، بلکه در حال سقوط است. در سایر آلیاژهای جایگزینی نیز رفتار جالبی دارد. بسته به درصد هر دو ، آلیاژ مس و نیکل اینگونه رفتار می کند:

و این نمودار جالب مقاومت آلیاژهای روی و منیزیم را نشان می دهد:

آلیاژهای با مقاومت بالا به عنوان مواد برای تولید رئوستات استفاده می شود ، در اینجا مشخصات آنها وجود دارد:

این آلیاژهای پیچیده ای هستند که از آهن ، آلومینیوم ، کروم ، منگنز ، نیکل تشکیل شده اند.

در مورد فولادهای کربنی ، این مقدار تقریباً 1.7 * 10 ^ -7 اهم است.

تفاوت بین y از جانب. هادیهای مختلف کاربرد آنها را تعیین می کنند. بنابراین ، مس و آلومینیوم به طور گسترده در تولید کابل و طلا و نقره به عنوان تماس در تعدادی از محصولات مهندسی رادیو استفاده می شود. هادی های با مقاومت بالا جایگاه خود را در میان تولید کنندگان لوازم الکتریکی پیدا کرده اند (دقیق تر ، آنها برای این منظور ایجاد شده اند).

تغییرپذیری این پارامتر ، بسته به شرایط محیطی ، مبنایی را برای دستگاههایی مانند سنسورهای میدان مغناطیسی ، ترمیستورها ، فشار سنجها ، مقاومت در برابر نور ایجاد می کند.

هر ماده قادر است جریان را به درجه دیگری هدایت کند ، این مقدار تحت تأثیر مقاومت ماده است. مقاومت مس ، آلومینیوم ، فولاد و هر عنصر دیگری با حرف الفبای یونانی ρ نشان داده می شود. این مقدار به مشخصات هادی مانند اندازه ، شکل و حالت فیزیکی بستگی ندارد ، در حالی که مقاومت الکتریکی معمولی این پارامترها را در نظر می گیرد. مقاومت در Ohms ضرب در mm² و تقسیم بر متر اندازه گیری می شود.

دسته ها و شرح آنها

هر ماده ای بسته به الکتریسیته تامین شده قادر به نشان دادن دو نوع مقاومت است. جریان می تواند متناوب یا ثابت باشد ، که به طور قابل توجهی بر پارامترهای فنی ماده تأثیر می گذارد. بنابراین ، چنین مقاومتهایی وجود دارد:

1. اومیچسکو تحت تأثیر جریان مستقیم خود را نشان می دهد. این اصطکاک حاصل از حرکت ذرات باردار الکتریکی در یک رسانا را مشخص می کند.
2. فعال. طبق همان اصل تعیین می شود ، اما در حال حاضر تحت تأثیر جریان متناوب ایجاد شده است.

در این رابطه ، دو تعریف از مقدار خاص نیز وجود دارد. برای جریان مستقیم ، برابر است با مقاومت ، که توسط یک واحد طول ماده رسانا با واحد سطح مقطع ثابت اعمال می شود. میدان الکتریکی بالقوه بر تمام رساناها و همچنین نیمه هادی ها و محلول های قادر به هدایت یون ها تأثیر می گذارد. این مقدار خاصیت رسانایی خود ماده را تعیین می کند. شکل هادی و ابعاد آن در نظر گرفته نشده است ، بنابراین می توان آن را در مهندسی برق و علوم مواد اساسی نامید.

با توجه به عبور جریان متناوب ، مقدار خاص با در نظر گرفتن ضخامت ماده رسانا محاسبه می شود. در اینجا ، نه تنها پتانسیل ، بلکه جریان گردابی نیز تحت تأثیر قرار می گیرد ، علاوه بر این ، فرکانس میدان های الکتریکی در نظر گرفته می شود. مقاومت این نوع بیشتر از جریان ثابت است ، زیرا در اینجا مقدار مثبت مقاومت در برابر میدان گرداب در نظر گرفته می شود. همچنین ، این مقدار به شکل و اندازه هادی خود بستگی دارد. این پارامترها هستند که ماهیت حرکت گردابی ذرات باردار را تعیین می کنند.

جریان متناوب باعث ایجاد برخی پدیده های الکترومغناطیسی در هادی ها می شود. آنها برای عملکرد الکتریکی یک ماده رسانا بسیار مهم هستند:

1. اثر پوست با تضعیف میدان الکترومغناطیسی مشخص می شود ، هر چه بیشتر به محیط هادی نفوذ کند. این پدیده را اثر سطحی نیز می نامند.
2. اثر مجاورت به دلیل مجاورت سیمهای مجاور و نفوذ آنها ، چگالی جریان را کاهش می دهد.

این اثرات هنگام محاسبه ضخامت رسانا بهینه بسیار مهم است ، زیرا هنگام استفاده از سیم که شعاع آن بیشتر از عمق نفوذ جریان به داخل ماده است ، بقیه جرم آن بدون استفاده باقی می ماند و بنابراین این روش بی اثر خواهد بود. مطابق با محاسبات انجام شده ، قطر موثر ماده رسانا در برخی شرایط به شرح زیر است:

• برای جریان 50 هرتز - 2.8 میلی متر ؛
• 400 هرتز - 1 میلی متر
• 40 کیلوهرتز - 0.1 میلی متر

با توجه به این امر ، برای جریانهای با فرکانس بالا ، استفاده از کابلهای چند هسته ای تخت ، متشکل از سیمهای نازک زیادی ، به طور فعال استفاده می شود.

مشخصات فلزات

شاخص های خاصی از هادی های فلزی در جداول خاص موجود است. بر اساس این داده ها می توان محاسبات بعدی لازم را انجام داد. نمونه ای از چنین جدول مقاومت در تصویر دیده می شود.

جدول نشان می دهد که نقره بالاترین رسانایی را دارد - این ماده رسانایی ایده آل در بین تمام فلزات و آلیاژهای موجود است. اگر محاسبه کنید که چند سیم از این ماده برای به دست آوردن مقاومت 1 اهم لازم است ، 62.5 متر از آن خارج می شود. سیم آهن با همان مقدار به 7.7 متر نیاز دارد.

نقره از هر ویژگی خارق العاده ای برخوردار است ، این ماده برای استفاده گسترده در شبکه های برق گران است ، بنابراین مس در زندگی روزمره و صنعت کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. از نظر شاخص خاص پس از نقره در رده دوم قرار دارد و از نظر شیوع و سهولت تولید بسیار بهتر از آن است. مس دارای مزایای دیگری است که آن را به پرکاربردترین رسانا تبدیل کرده است. این شامل:

برای استفاده در مهندسی برق ، از مس تصفیه شده استفاده می شود که پس از ذوب سنگ معدن سولفید ، فرآیندهای بو دادن و دمیدن را طی می کند و سپس لزوماً تصفیه الکترولیتی می شود. پس از چنین پردازشی ، می توانید ماده ای با کیفیت بسیار بالا (گریدهای M1 و M0) بدست آورید که حاوی ناخالصی های 0.1 تا 0.05٪ باشد. یک نکته مهم وجود اکسیژن در مقادیر بسیار کم است ، زیرا بر ویژگی های مکانیکی مس تأثیر منفی می گذارد.

غالباً این فلز با مواد ارزانتری جایگزین می شود - آلومینیوم و آهن و همچنین برنزهای مختلف (آلیاژهای سیلیسیم ، بریلیم ، منیزیم ، قلع ، کادمیوم ، کروم و فسفر). چنین ترکیباتی مقاومت بالاتری نسبت به مس خالص دارند ، گرچه رسانایی کمتری دارند.

فواید آلومینیوم

اگرچه آلومینیوم مقاومت بیشتری دارد و شکننده تر است ، اما کاربرد گسترده آن را این واقعیت توضیح می دهد که به اندازه مس کمیاب نیست و بنابراین ارزان تر است. مقاومت آلومینیوم 0.028 است و چگالی کم آن 3.5 برابر سبک تر از مس است.

برای کارهای الکتریکی ، درجه آلومینیوم خالص A1 استفاده می شود ، که حاوی بیش از 0.5 ناخالصی نیست. درجه بالاتر AB00 برای ساخت خازن های الکترولیتی ، الکترودها و فویل آلومینیوم استفاده می شود. محتوای ناخالصی ها در این آلومینیوم بیش از 0.03٪ نیست. همچنین یک فلز خالص AB0000 وجود دارد، شامل بیش از 0.004 add مواد افزودنی. ناخالصی ها نیز خود مهم هستند: نیکل ، سیلیکون و روی به میزان ناچیزی بر هدایت آلومینیوم تأثیر می گذارند و محتوای مس ، نقره و منیزیم در این فلز اثر ملموسی می دهد. تالیوم و منگنز بیشترین رسانایی را کاهش می دهند.

آلومینیوم دارای خواص ضد خوردگی خوبی است. در اثر تماس با هوا ، با یک فیلم اکسید نازک پوشانده می شود ، که از آن در برابر تخریب بیشتر محافظت می کند. برای بهبود مشخصات مکانیکی ، فلز با عناصر دیگر آلیاژ می شود.

شاخص های فولاد و آهن

مقاومت ویژه آهن در مقایسه با مس و آلومینیوم دارای نرخ بسیار بالایی است ، با این وجود به دلیل در دسترس بودن ، مقاومت و مقاومت در برابر تغییر شکل ، این ماده به طور گسترده ای در مهندسی برق استفاده می شود.

اگرچه آهن و فولاد ، که مقاومت آنها حتی بیشتر است ، اشکالات قابل توجهی دارند ، تولید کنندگان مواد رسانا روشهایی را برای جبران آنها پیدا کرده اند. به طور خاص ، مقاومت کم در برابر خوردگی با پوشاندن سیم فولادی با روی یا مس برطرف می شود.

خواص سدیم

سدیم فلزی نیز در تولید هادی بسیار امیدوار کننده است. از نظر مقاومت ، به میزان قابل توجهی از مس بیشتر است ، اما چگالی 9 برابر کمتر از آن دارد. این اجازه می دهد تا مواد در ساخت سیمهای فوق سبک استفاده شود.

سدیم فلزی بسیار نرم و کاملاً ناپایدار است و در برابر هر نوع اثر تغییر شکل کاملاً ناپایدار است ، که استفاده از آن را مشکل ساز می کند - سیم ساخته شده از این فلز باید با غلاف بسیار محکم و با انعطاف پذیری بسیار کم پوشانده شود. پوشش باید از نظر هرمتیک بسته شود ، زیرا سدیم در خنثی ترین شرایط بسیار واکنش پذیر است. فوراً در هوا اکسید می شود و با خشونت ، از جمله با هوا ، واکنش شدیدی نشان می دهد.

یکی دیگر از مزایای استفاده از سدیم در دسترس بودن آن است. این را می توان با الکترولیز کلرید سدیم مذاب بدست آورد ، که مقدار نامحدودی از آن در جهان وجود دارد. سایر فلزات در این زمینه به وضوح در حال از دست دادن هستند.

برای محاسبه عملکرد یک هادی خاص ، لازم است که محصول تعداد و طول خاص سیم را بر سطح مقطع آن تقسیم کنیم. نتیجه مقدار مقاومت در اهم است. به عنوان مثال ، برای تعیین مقاومت 200 متر سیم آهنی با مقطع اسمی 5 میلی متر مربع برابر است ، شما باید 0.13 را در 200 ضرب کنید و نتیجه را بر 5 تقسیم کنید. جواب 5.2 اهم است.

قوانین و ویژگی های محاسبه

میکروهمتر برای اندازه گیری مقاومت محیط های فلزی استفاده می شود. امروزه آنها به صورت دیجیتالی تولید می شوند ، بنابراین اندازه گیری های انجام شده با کمک آنها دقیق است. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که فلزات رسانایی بالایی دارند و مقاومت فوق العاده کمی دارند. به عنوان مثال ، آستانه پایین متر 10-7 اهم است.

با کمک میکروهمترها می توانید به سرعت تعیین کنید که تماس چقدر خوب است و سیم پیچ های ژنراتورها ، موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها و همچنین اتوبوس های الکتریکی چه مقاومتی را نشان می دهند. می توانید وجود اجزا فلز دیگر را در شمش محاسبه کنید. به عنوان مثال ، یک قطعه تنگستن روکش طلا نیمی از رسانایی یک قطعه کاملاً طلایی را نشان می دهد. برای شناسایی نقایص داخلی و حفره های رسانا می توان از همین روش استفاده کرد.

فرمول مقاومت به شرح زیر است: ρ \u003d اهم 2 در متر. در کلمات می توان آن را به عنوان مقاومت 1 متر از یک هادی توصیف کردبا سطح مقطع 1 میلی متر مربع. فرض می شود که دما استاندارد باشد - 20 درجه سانتیگراد.

تأثیر دما بر اندازه گیری

گرم یا خنک کردن برخی از هادی ها تأثیر قابل توجهی در عملکرد کنتورها دارد. به عنوان مثال ، آزمایش زیر را می توان ذکر کرد: اتصال سیم پیچ مارپیچ به باتری و اتصال آمپرمتر به مدار ضروری است.

هرچه هادی بیشتر گرم شود ، قرائت ساز کمتر می شود. مقاومت جریان متناسب با مقاومت است. بنابراین ، می توان نتیجه گرفت که در نتیجه گرم شدن ، رسانایی فلز کاهش می یابد. به میزان کم و بیش ، همه فلزات اینگونه رفتار می کنند ، با این حال ، عملا هیچ تغییری در رسانایی در برخی آلیاژها مشاهده نمی شود.

قابل توجه است که هادی های مایع و برخی از غیر فلزات جامد با افزایش دما مقاومت خود را کاهش می دهند. اما دانشمندان این توانایی فلزات را به سود خود تبدیل کردند. با دانستن ضریب مقاومت دما (α) در هنگام گرم کردن برخی از مواد ، می توان درجه حرارت خارجی را تعیین کرد. به عنوان مثال ، یک سیم پلاتین که روی یک قاب میکا قرار می گیرد ، در اجاق قرار داده می شود و مقاومت آن اندازه گیری می شود. بسته به میزان تغییر آن ، در مورد دمای فر نتیجه گیری می شود. به این طرح دماسنج مقاومتی گفته می شود.

اگر در دما باشد تی0 مقاومت هادی است ر0 و در دما تی به همان اندازه rT، سپس ضریب دما مقاومت است

این فرمول فقط در یک محدوده دمایی خاص (تا حدود 200 درجه سانتی گراد) قابل محاسبه است.

مقاومت مس با درجه حرارت واقعاً تغییر می کند ، اما ابتدا باید تصمیم بگیرید که آیا منظور ما مقاومت الکتریکی خاص هادی ها (مقاومت اهمی) است که برای برق بیش از اترنت با استفاده از DC مهم است ، یا ما در مورد سیگنال ها در شبکه های انتقال داده صحبت می کنیم ، و بنابراین ما در مورد افت درج در هنگام انتشار یک موج الکترومغناطیسی در یک جفت پیچ خورده و وابستگی میرایی به دما (و فرکانس ، که اهمیت کمتری دارد) صحبت می کنیم.

مقاومت در برابر مس

در سیستم بین المللی SI ، مقاومت رساناها در اهم ∙ متر اندازه گیری می شود. در بخش IT ، بعد خارج سیستم Ohm ∙ mm 2 / m بیشتر استفاده می شود ، که برای محاسبات راحت تر است ، زیرا مقطع هادی ها معمولاً در mm 2 نشان داده می شوند. مقدار 1 اهم ∙ میلی متر 2 در متر میلیون برابر کمتر از 1 اهم در متر است و مقاومت ماده را مشخص می کند ، یک رسانای همگن 1 متر طول و سطح مقطع آن 1 میلی متر 2 است مقاومت 1 اهم

مقاومت ویژه مس الکتریکی خالص در دمای 20 درجه سانتیگراد است 0.0172 اهم ∙ میلی متر 2 در متر... در منابع مختلف می توانید مقادیر حداکثر 0.018 اهم ∙ میلی متر در متر را پیدا کنید که می تواند به مس الکتریکی نیز اشاره داشته باشد. مقادیر بسته به پردازشی که ماده به آن وارد شده است متفاوت است. به عنوان مثال ، آنیل شدن پس از کشیدن سیم ("رسم") سیم مقاومت چند درصدی مس را کاهش می دهد ، اگرچه این کار عمدتا به دلیل تغییر خواص مکانیکی و نه الکتریکی انجام می شود.

مقاومت در برابر مس برای تحقق بخشیدن به برنامه های کاربردی Power over Ethernet ارتباط مستقیمی دارد. تنها کسری از جریان اصلی DC که به هادی ارائه می شود به انتهای هادی می رسد - برخی از تلفات در این مسیر اجتناب ناپذیر است. مثلا، PoE نوع 1 حداقل از 95/12 وات از 15/4 وات تأمین شده توسط منبع به دستگاه بسیار پیشرفته نیاز دارد.

مقاومت مس با دما تغییر می کند ، اما برای دماهای معمولی برای حوزه IT ، این تغییرات کم است. تغییر مقاومت با فرمول ها محاسبه می شود:

ΔR \u003d α R ΔT

R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

جایی که ΔR تغییر مقاومت است ، R مقاومت در دمای گرفته شده به عنوان سطح پایه است (معمولاً 20 درجه سانتیگراد) ، ΔT شیب دما است ، α ضریب مقاومت مقاومت برای یک ماده خاص است (ابعاد ° C-1) ) در محدوده 0 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد ، ضریب دما 0.004 درجه سانتیگراد -1 برای مس تصویب می شود. بیایید مقاومت مس را در 60 درجه سانتیگراد محاسبه کنیم.

R 60 ° C \u003d R 20 ° C (1 + α (60 ° C - 20 ° C)) \u003d 0.0172 (1 + 0.004 40) 0.02 اهم ∙ میلی متر 2 در متر

مقاومت با افزایش دما 40 درجه سانتیگراد 16 درصد افزایش می یابد. البته هنگام کار با سیستم های کابل ، جفت پیچ خورده نباید در دمای بالا باشد ، این مجاز نیست. با یک سیستم طراحی شده و نصب شده ، دمای کابل ها از 20 درجه سانتیگراد کمی تفاوت دارد و سپس تغییر مقاومت کمی خواهد داشت. مطابق با الزامات استانداردهای مخابراتی ، مقاومت یک هادی مس به طول 100 متر در یک جفت پیچ خورده از دسته های 5e یا 6 نباید بیش از 9.38 اهم در 20 درجه سانتیگراد باشد. در عمل ، تولیدکنندگان با حاشیه در این مقدار قرار می گیرند ، بنابراین ، حتی در دمای 25 درجه سانتیگراد ÷ 30 درجه سانتیگراد ، مقاومت یک هادی مس از این مقدار فراتر نمی رود.

از دست دادن جفت پیچ خورده / از دست دادن درج

هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی در محیط جفت پیچ خورده مس منتشر می شود ، بخشی از انرژی آن در امتداد مسیر از انتهای نزدیک به انتهای انتهایی پراکنده می شود. هرچه دمای کابل بیشتر باشد ، سیگنال بیشتر ضعیف می شود. در فرکانس های بالا ، میرایی نسبت به فرکانس های پایین قویتر است و برای دسته های بالاتر ، محدودیت های تحمل برای آزمایش از دست دادن درج سخت تر است. در این حالت ، تمام مقادیر حد برای دمای 20 درجه سانتیگراد تنظیم شده است. اگر در دمای 20 درجه سانتیگراد ، سیگنال اصلی به انتهای یک بخش 100 متری با سطح قدرت P برسد ، در دمای بالا این قدرت سیگنال در فواصل کمتری مشاهده می شود. اگر لازم است همان قدرت سیگنال را در خروجی قطعه ارائه دهید ، یا باید کابل کوتاهتری نصب کنید (که همیشه امکان پذیر نیست) ، یا مارک های کابل را با میرایی کمتر انتخاب کنید.

• برای کابل های محافظ در دمای بالاتر از 20 درجه سانتیگراد ، تغییر درجه 1 درجه منجر به تغییر میرایی 0.2 می شود
• برای انواع کابلها و هر فرکانس در دمای حداکثر 40 درجه سانتیگراد ، تغییر درجه 1 درجه منجر به تغییر میرایی 0.4٪ می شود
• برای انواع کابلها و هر فرکانس در دمای 40 تا 60 درجه سانتیگراد ، تغییر درجه 1 درجه منجر به تغییر میرایی 0.6٪ می شود
• برای کابلهای دسته 3 ، ممکن است 1.5 درصد تغییر در میرایی در هر درجه سانتیگراد وجود داشته باشد

در حال حاضر در آغاز سال 2000 است. TIA / EIA-568-B.2 توصیه می کند در صورت نصب کابل در محیط دمای بالا ، حداکثر پیوند / کانال دائمی Cat 6 کاهش یابد و هرچه دما بیشتر باشد ، قطعه کوتاهتر است.

با توجه به اینکه سقف فرکانس در دسته 6A دو برابر طبقه 6 است ، محدودیت های دما برای چنین سیستم هایی حتی بیشتر خواهد بود.

امروز ، هنگام اجرای برنامه ها PoE ما در مورد حداکثر سرعت 1 گیگابایت صحبت می کنیم. هنگام استفاده از برنامه های 10 گیگابایتی ، حداقل هنوز از Power over Ethernet استفاده نمی شود. بنابراین بسته به نیاز خود ، با تغییر دما ، باید تغییر مقاومت در برابر مس یا تغییر در میرایی را در نظر بگیرید. در هر دو مورد اطمینان از نگهداری کابل ها در دمای نزدیک به 20 درجه سانتی گراد منطقی ترین است.

بنابراین ، مهم است که از پارامترهای تمام عناصر و مواد استفاده شده مطلع شوید. و نه تنها الکتریکی ، بلکه مکانیکی نیز. و برخی از مواد مرجع مناسب را در اختیار داشته باشید که به شما امکان مقایسه مشخصات مواد مختلف را می دهد و برای طراحی و کار دقیقاً همان چیزی را انتخاب می کنید که در یک شرایط خاص بهینه باشد.
در خطوط انتقال نیرو ، جایی که تعیین می شود بیشترین بهره وری باشد ، یعنی با کارایی بالا ، انرژی را به مصرف کننده برساند ، هم اقتصاد تلفات و هم مکانیک خطوط خود در نظر گرفته می شوند. بهره وری اقتصادی نهایی این خط به مکانیک بستگی دارد - یعنی دستگاه و محل رساناها ، عایق ها ، تکیه گاه ها ، ترانسفورماتورهای پله پله ای ، وزن و مقاومت تمام سازه ها ، از جمله سیم های کشیده شده در طولانی مدت فواصل ، و همچنین مواد انتخاب شده برای هر عنصر سازه ای ، هزینه های کار و کار آن. علاوه بر این ، در خطوط انتقال برق ، الزامات اطمینان از ایمنی خطوط و کل محیطی که عبور می کنند بیشتر است. و این هم به تأمین سیم برق و هم به یک حاشیه ایمنی بیشتر برای همه سازه ها می افزاید.

برای مقایسه ، داده ها معمولاً در یک شکل مقایسه ای ارائه می شوند. غالباً ، صفت "خاص" به چنین ویژگی هایی اضافه می شود و مقادیر مربوط به خود در برخی از استانداردها از نظر پارامترهای فیزیکی در نظر گرفته می شوند. به عنوان مثال ، مقاومت الکتریکی مقاومت (اهم) یک رسانا ساخته شده از نوعی فلز (مس ، آلومینیوم ، فولاد ، تنگستن ، طلا) است که دارای یک واحد واحد و یک سطح مقطع واحد در سیستم واحدهای مورد استفاده است (معمولاً در SI) علاوه بر این ، دما مذاکره می شود ، زیرا هنگام گرم شدن ، مقاومت هادی ها می توانند رفتار متفاوتی داشته باشند. این بر اساس شرایط عادی متوسط \u200b\u200bعملکرد - در دمای 20 درجه سانتیگراد است. و در مواردی که هنگام تغییر پارامترهای محیط (دما ، فشار) خصوصیات مهم هستند ، ضرایب معرفی می شوند و جداول اضافی و نمودارهای وابستگی تهیه می شوند.

انواع مقاومت

از آنجا که مقاومت اتفاق می افتد:

• فعال - یا اهمی ، مقاومتی - حاصل از مصرف برق برای گرم كردن یك هادی (فلز) هنگام عبور جریان الكتریكی از آن و
• راکتیو - خازنی یا القایی - که از تلفات اجتناب ناپذیر ناشی از ایجاد انواع تغییرات جریان عبوری از هادی میدان های الکتریکی ناشی می شود ، سپس مقاومت هادی دو نوع است:

1. مقاومت الکتریکی خاص در برابر جریان مستقیم (دارای ویژگی مقاومت) و
2. مقاومت الکتریکی خاص در برابر جریان متناوب (دارای ویژگی واکنشی).

در اینجا ، مقاومت نوع 2 یک مقدار پیچیده است ، از دو م Tلفه TP تشکیل شده است - فعال و راکتیو ، زیرا مقاومت در برابر مقاومت همیشه هنگام عبور جریان ، بدون در نظر گرفتن ماهیت آن ، وجود دارد و مقاومت راکتیو فقط با تغییر جریان در مدارها رخ می دهد. در مدارهای DC ، راکتانس فقط در طی فرایندهای گذرا بوجود می آید ، که با روشن شدن جریان (تغییر جریان از 0 به نامی) یا خاموش شدن (تغییر از رتبه به 0) همراه است. و معمولاً فقط هنگام طراحی حفاظت از اضافه بار مورد توجه قرار می گیرند.

در مدارهای جریان متناوب ، پدیده های مرتبط با واکنشگرها بسیار متنوع ترند. آنها نه تنها به عبور واقعی جریان از یک قسمت خاص بلکه به شکل هادی بستگی دارند و این وابستگی خطی نیست.

واقعیت این است که جریان متناوب یک میدان الکتریکی را هم در اطراف هادی که از آن جریان دارد و هم در خود هادی القا می کند. و از این میدان ، جریانهای گردابی بوجود می آیند ، که اثر "فشار دادن" حرکت اصلی بارهای اصلی را از عمق کل بخش هادی تا سطح آن ، اصطلاحاً "اثر پوست" (از پوست - پوست). به نظر می رسد که جریان های گردابی سطح مقطع آن را از هادی "می دزدند". جریان در یک لایه خاص نزدیک به سطح جریان می یابد ، بقیه ضخامت هادی بدون استفاده می ماند ، مقاومت آن را کاهش نمی دهد و افزایش ضخامت هادی ها به سادگی معنی ندارد. به خصوص در فرکانس های بالا. بنابراین ، برای جریان متناوب ، مقاومتها در چنین مقاطع هادی اندازه گیری می شوند ، جایی که کل سطح مقطع آن را می توان نزدیک سطح در نظر گرفت. به چنین سیم نازک گفته می شود ، ضخامت آن برابر با عمق دو برابر این لایه سطحی است ، جایی که جریان های گردابی جریان اصلی مفید را در هادی جابجا می کنند.

البته هدایت موثر جریان متناوب با کاهش ضخامت سیمهایی که مقطع گرد دارند از بین نمی رود. هادی را می توان نازک کرد ، اما در عین حال به صورت نوار صاف می شود ، سپس مقطع عرضی به ترتیب بالاتر از سیم گرد خواهد بود و مقاومت پایین تر است. علاوه بر این ، افزایش ساده سطح باعث افزایش مقطع موثر خواهد شد. با استفاده از یک سیم رشته ای به جای یک تک هسته می توان به همان نتیجه دست یافت ، علاوه بر این ، سیم چند هسته ای از نظر انعطاف پذیری نسبت به یک سیم تک هسته ای برتر است که اغلب نیز ارزشمند است. از طرف دیگر ، با در نظر گرفتن تأثیر پوست در سیم ها ، می توان سیم ها را با ساخت هسته فلزی با ویژگی های مقاومت خوب مانند فولاد ، اما الکتریکی کم ، کامپوزیت کرد. در این حالت ، یک تار آلومینیوم روی فولاد ساخته می شود که مقاومت کمتری دارد.

علاوه بر اثر پوستی ، جریان جریان متناوب در هادی ها تحت تأثیر تحریک جریان های گردابی در هادی های اطراف قرار می گیرد. به چنین جریاناتی جریان پیکاپ گفته می شود و هم در فلزاتی که نقش سیم کشی ندارند (عناصر ساختاری تحمل بار) و هم در سیم های کل مجموعه هدایت القا می شوند - نقش سیم های فازهای دیگر ، صفر ، زمین گیری

همه این پدیده ها در تمام ساختارهای مرتبط با برق یافت می شوند ، این امر اهمیت داشتن خلاصه ای از اطلاعات مرجع در مورد مواد مختلف را بیشتر افزایش می دهد.

مقاومت برای هادی ها توسط ابزارهای بسیار حساس و دقیق اندازه گیری می شود ، زیرا فلزات با کمترین مقاومت برای سیم کشی انتخاب می شوند - از اهم اهم * 10 -6 در هر متر طول و مربع. میلی متر بخش. برای اندازه گیری مقاومت خاص عایق ، برعکس ، با دامنه هایی از مقادیر مقاومت بسیار بالا - معمولاً مگا اهم ، به دستگاه هایی نیاز است. واضح است که هادی ها باید رفتار خوبی داشته باشند و عایق ها باید به خوبی عایق بندی شوند.

جدول

آهن به عنوان هادی در مهندسی برق

آهن گسترده ترین فلز در طبیعت و فناوری است (بعد از هیدروژن که فلز نیز هست). این ارزان ترین است و دارای ویژگی های مقاومت عالی است ، بنابراین در همه جا به عنوان پایه مقاومت سازه های مختلف استفاده می شود.

در مهندسی برق ، آهن به عنوان سیم رسانا به صورت سیمهای فولادی انعطاف پذیر که در آن به قدرت و انعطاف پذیری فیزیکی نیاز است ، استفاده می شود و به دلیل مقطع مناسب می توان مقاومت مورد نیاز را به دست آورد.

با داشتن جدول مقاومت فلزات و آلیاژهای مختلف ، می توانید مقاطع سیم های ساخته شده از هادی های مختلف را محاسبه کنید.

به عنوان مثال ، بیایید سعی کنیم مقطع برقی معادل هادی های ساخته شده از مواد مختلف را پیدا کنیم: مس ، تنگستن ، نیکلین و سیم آهن. برای اولین ، ما یک سیم آلومینیومی با مقطع 2.5 میلی متر می گیریم.

ما به مقاومت سیم این همه فلز نیاز داریم تا برابر مقاومت اصلی در طول 1 متر باشد. مقاومت آلومینیوم در هر متر طول و 2.5 میلی متر برش برابر خواهد بود

جایی که R - مقاومت، ρ - مقاومت فلزی از جدول ، س - سطح مقطع ، ل - طول

با جایگزینی مقادیر اولیه ، مقاومت یک متر قطعه سیم آلومینیوم در اهم را بدست می آوریم.

بعد از آن فرمول S را حل می کنیم

مقادیر را از جدول جایگزین کرده و مقاطع عرضی را برای فلزات مختلف بدست می آوریم.

از آنجا که مقاومت در جدول بر روی یک سیم به طول 1 متر اندازه گیری می شود ، در میکرو اهم در هر بخش 1 میلی متر 2 ، ما آن را در میکرو اهم دریافت می کنیم. برای دریافت آن در اهم ، مقدار آن را در 10 -6 ضرب کنید. اما عدد اهم با 6 صفر بعد از نقطه اعشاری برای ما اصلاً ضروری نیست ، زیرا نتیجه نهایی هنوز در mm 2 یافت می شود.

همانطور که می بینید ، مقاومت آهن کاملاً زیاد است ، سیم ضخیم است.

اما موادی وجود دارد که حتی بیشتر از آن وجود دارد ، به عنوان مثال ، نیکلین یا کنستانتان.

یکی از کمیت های فیزیکی مورد استفاده در مهندسی برق مقاومت الکتریکی است. با توجه به مقاومت آلومینیوم ، باید بخاطر داشت که این مقدار مشخصه توانایی ماده برای جلوگیری از عبور جریان الکتریکی از آن است.

مفاهیم مقاومت

نقطه مقابل مقاومت را رسانایی یا رسانایی الکتریکی می نامند. مقاومت الکتریکی معمول فقط مشخصه هادی است و مقاومت الکتریکی خاص فقط برای یک یا ماده دیگر مشخص است.

به عنوان یک قاعده ، این مقدار برای یک رسانا با ساختار همگن محاسبه می شود. برای تعیین هادی های همگن الکتریکی ، از فرمول استفاده می شود:

معنای فیزیکی این کمیت در مقاومت خاص یک هادی همگن با طول واحد و سطح مقطع مشخص نهفته است. واحد اندازه گیری واحد SI Ohm.m یا واحد خارج از سیستم Ohm.mm2 / m است. واحد آخر به این معنی است که یک رسانای ماده همگن ، به طول 1 متر ، با سطح مقطع 1 میلی متر مربع ، مقاومت 1 اهم دارد. بنابراین ، مقاومت هر ماده را می توان با استفاده از مقطعی از یک مدار الکتریکی به طول 1 متر محاسبه کرد که سطح مقطع آن 1 میلی متر مربع خواهد بود.

مقاومت فلزات مختلف

هر فلز دارای مشخصات فردی خاص خود است. اگر مقاومت آلومینیوم را مقایسه کنیم ، به عنوان مثال ، با مس ، می توان گفت که برای مس این مقدار 0.0175 اهم در متر مربع در متر است و برای آلومینیوم - 0.0271 اهم در متر مربع در متر است. بنابراین ، مقاومت آلومینیوم به طور قابل توجهی بالاتر از مس است. از این نتیجه است که رسانایی الکتریکی بسیار بالاتر از آلومینیوم است.

برخی فاکتورها بر میزان مقاومت فلزات تأثیر می گذارند. به عنوان مثال ، در هنگام تغییر شکل ، ساختار شبکه کریستالی مختل می شود. به دلیل نقص های حاصل شده ، مقاومت در برابر عبور الکترون ها از داخل هادی افزایش می یابد. بنابراین ، مقاومت در برابر فلز افزایش می یابد.

دما نیز تأثیر دارد. با گرم شدن ، گره های شبکه کریستال شروع به ارتعاش شدیدتر می کنند و در نتیجه مقاومت را افزایش می دهند. در حال حاضر ، به دلیل مقاومت زیاد ، سیمهای آلومینیومی در همه جا با سیمهای مسی جایگزین می شوند که رسانایی بالاتری دارند.