Kao što znamo iz Ohmovog zakona, struja u presjeku kruga je u sljedećem odnosu: I \u003d U / R... Zakon je izveden iz niza pokusa njemačkog fizičara Georga Ohma u 19. stoljeću. Primijetio je uzorak: jakost struje u bilo kojem dijelu kruga izravno ovisi o naponu koji se primjenjuje na ovaj odjeljak, i obrnuto - o njegovom otporu.

Kasnije je utvrđeno da otpor mjesta ovisi o njemu geometrijske karakteristike na sljedeći način: R \u003d ρl / S,

gdje je l duljina vodiča, S je njegova površina presjek, a ρ je određeni koeficijent proporcionalnosti.

Dakle, otpor se određuje geometrijom vodiča, kao i takvim parametrom kao otpornost (u daljnjem tekstu - mi.) - ovo je naziv ovog koeficijenta. Ako uzmete dva vodiča s istim presjekom i duljinom i stavite ih u krug zauzvrat, mjerenjem struje i otpora možete vidjeti da će se u dva slučaja ti pokazatelji razlikovati. Dakle, specifično električni otpor - Ovo je karakteristika materijala od kojeg je izrađen vodič, a točnije supstanca.

Provodljivost i otpornost

NAS pokazuje sposobnost tvari da spriječi prolazak struje. Ali u fizici postoji i obrnuta veličina - vodljivost. Ona pokazuje sposobnost vođenja struja... Izgleda ovako:

σ \u003d 1 / ρ, gdje je ρ specifični otpor tvari.

Ako govorimo o vodljivosti, tada je ona određena karakteristikama nosača naboja u ovoj tvari. Dakle, metali imaju slobodne elektrone. Na vanjskoj ljusci nema ih više od tri, a atomu je isplativije "davati" ih, što se događa kada kemijske reakcije s tvarima s desne strane periodnog sustava. U situaciji u kojoj imamo čisti metal, ima kristalnu strukturu u kojoj su ti vanjski elektroni uobičajeni. Oni su oni koji nose naboj ako je na metal primijenjeno električno polje.

U otopinama su nositelji naboja ioni.

Ako govorimo o tvarima poput silicija, onda je to po svojim svojstvima poluvodiča i radi na malo drugačijem principu, ali o tome kasnije. U međuvremenu, shvatimo koja je razlika između takvih klasa tvari kao što su:

1. Dirigenti;
2. Poluvodiči;
3. Dielektrika.

Dirigenti i dielektrici

Postoje tvari koje gotovo ne provode struju. Nazivaju se dielektricima. Takve tvari mogu polarizirati u električno polje, odnosno njihove molekule mogu se okretati u ovom polju, ovisno o tome kako su u njima raspoređene elektroni... Ali budući da ti elektroni nisu slobodni, već služe za vezu između atoma, oni ne provode struju.

Provodljivost dielektrika je gotovo nula, iako među njima nema idealnih (ovo je ista apstrakcija kao apsolutno crno tijelo ili idealan plin).

Uvjetna granica pojma "vodič" je ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Između ove dvije klase postoje tvari koje se nazivaju poluvodiči. Ali njihovo razdvajanje u zasebnu skupinu tvari povezano je ne toliko s njihovim intermedijarnim stanjem u liniji "vodljivost - otpor", koliko sa značajkama te vodljivosti pod različitim uvjetima.

Ovisnost o čimbenicima okoliša

Provodljivost nije sasvim konstantna. Podaci u tablicama, odakle se za izračune uzima ρ, postoje za normalne uvjete okoliša, odnosno za temperaturu od 20 stupnjeva. U stvarnosti je teško pronaći tako idealne uvjete za rad lanca; zapravo mi (a time i vodljivost) ovise o sljedećim čimbenicima:

1. temperatura;
2. pritisak;
3. prisutnost magnetskih polja;
4. sjaj;
5. agregatno stanje.

Različite tvari imaju svoj grafikon promjena ovog parametra pod različitim uvjetima. Dakle, feromagneti (željezo i nikal) povećavaju ga kada se smjer struje podudara sa smjerom vodova magnetskog polja. Što se tiče temperature, ovdje je ovisnost gotovo linearna (postoji čak i koncept temperaturnog koeficijenta otpora, a to je također tablična vrijednost). Ali smjer ove ovisnosti je drugačiji: u metalima se povećava s porastom temperature, au rijetkim zemaljskim elementima i otopinama elektrolita raste - i to je u istom agregatnom stanju.

U poluvodičima ovisnost temperature nije linearna, već hiperbolična i inverzna: s porastom temperature njihova vodljivost raste. Ovo kvalitativno razlikuje vodiče od poluvodiča. Ovako izgleda ovisnost ρ o temperaturi za vodiče:

Ovdje su prikazane otpornosti bakra, platine i željeza. Nešto drugačiji graf za neke metale, na primjer, živu - kad temperatura padne na 4 K, izgubi je gotovo u potpunosti (taj se fenomen naziva supravodljivost).

A za poluvodiče će ova ovisnost biti otprilike ovako:

U prijelazu u tekuće stanje povećava se ρ metala, ali tada se svi ponašaju drugačije. Primjerice, za rastaljeni bizmut niži je nego na sobnoj temperaturi, a za bakar je 10 puta veći od normalnog. Nikal napušta linijski grafikon na 400 stupnjeva, nakon čega ρ pada.

Ali u volframu je ovisnost o temperaturi toliko velika da uzrokuje izgaranje žarulja sa žarnom niti. Kada se uključi, struja zagrijava zavojnicu, a njezin otpor se povećava nekoliko puta.

Također u. iz. legure ovisi o tehnologiji njihove proizvodnje. Dakle, ako imamo posla s jednostavnom mehaničkom smjesom, tada se otpor takve tvari može izračunati prosjekom, ali to će biti drugačije za zamjensku leguru (to je kada se dva ili više elemenata zbrajaju u jednu kristalnu rešetku) , u pravilu, puno veći. Na primjer, nikrom, od kojeg se izrađuju spirale za električne peći, ima takav broj za ovaj parametar da se ovaj vodič, kad je uključen u krug, zagrije do crvenila (zbog čega se, zapravo, koristi).

Evo ρ karakteristike ugljičnih čelika:

Kao što vidite, kada se približi temperaturi topljenja, ona se stabilizira.

Otpornost različitih vodiča

Bilo kako bilo, i u izračunima se ρ koristi točno pod normalnim uvjetima. Evo tablice pomoću koje možete usporediti ovu karakteristiku za različite metale:

Kao što možete vidjeti iz tablice, najbolji dirigent je srebro. I samo njegova cijena sprječava njegovu masovnu uporabu u proizvodnji kabela. NAS aluminij je također mali, ali manje od zlata. Iz tablice postaje jasno zašto je ožičenje u kućama bakar ili aluminij.

Tablica ne uključuje nikal koji, kao što smo već rekli, ima pomalo neobičan graf ovisnosti y. iz. od temperature. Nakon što temperatura poraste na 400 stupnjeva, specifični otpor nikla počinje ne rasti, već padati. Zanimljivo se ponaša i u drugim supstitucijskim legurama. Ovako se ponaša legura bakra i nikla, ovisno o postotku oba:

A ovaj zanimljiv graf prikazuje otpor cink-magnezijevih legura:

Legure visoke otpornosti koriste se kao materijali za proizvodnju reostata, evo njihovih karakteristika:

To su složene legure koje se sastoje od željeza, aluminija, kroma, mangana, nikla.

Što se tiče ugljičnih čelika, on iznosi približno 1,7 * 10 ^ -7 Ohm · m.

Razlika između y. iz. različiti vodiči određuju njihovu primjenu. Dakle, bakar i aluminij masovno se koriste u proizvodnji kabela, a zlato i srebro koriste se kao kontakti u brojnim radiotehničkim proizvodima. Visokootporni vodiči našli su svoje mjesto među proizvođačima električnih uređaja (točnije, stvoreni su za to).

Varijabilnost ovog parametra, ovisno o uvjetima okoline, činila je osnovu za uređaje kao što su senzori magnetskog polja, termistori, tenzometri, fotorezistori.

Svaka tvar može različito provoditi struju, na tu vrijednost utječe otpor materijala. Otpornost bakra, aluminija, čelika i bilo kojeg drugog elementa označava se slovom grčke abecede ρ. Ova vrijednost ne ovisi o karakteristikama vodiča kao što su veličina, oblik i fizičko stanje, dok uobičajeni električni otpor uzima u obzir ove parametre. Otpor se mjeri u ohmima pomnoženim s mm² i podijeljenim s metrom.

Kategorije i njihov opis

Bilo koji materijal može pokazati dvije vrste otpora, ovisno o isporučenoj električnoj energiji. Struja može biti izmjenična ili konstantna, što značajno utječe na tehničke parametre tvari. Dakle, postoje takvi otpori:

1. Omicheskoe. Očituje se pod utjecajem istosmjerne struje. Karakterizira trenje koje nastaje kretanjem električki nabijenih čestica u vodiču.
2. Aktivan. Određuje se prema istom principu, ali već je stvoren pod utjecajem izmjenične struje.

S tim u vezi, postoje i dvije definicije određene vrijednosti. Za istosmjernu struju jednak je otporu koji vrši jedinica duljine vodljivog materijala jedinice fiksne površine presjeka. Potencijalno električno polje utječe na sve vodiče, kao i na poluvodiče i otopine sposobne za provođenje iona. Ova vrijednost određuje vodljiva svojstva samog materijala. Oblik vodiča i njegove dimenzije se ne uzimaju u obzir, stoga se može nazvati osnovnim u elektrotehnici i znanosti o materijalima.

Pod uvjetom prolaska izmjenične struje, specifična vrijednost izračunava se uzimajući u obzir debljinu vodljivog materijala. Ovdje se utječe ne samo na potencijal, već i na vrtložnu struju, uz to se uzima u obzir frekvencija električnih polja. Otpornost ovog tipa veća je nego kod konstantne struje, jer se ovdje uzima u obzir pozitivna vrijednost otpora vrtložnom polju. Također, ova vrijednost ovisi o obliku i veličini samog vodiča. Upravo ti parametri određuju prirodu vrtložnog gibanja nabijenih čestica.

Izmjenična struja uzrokuje određene elektromagnetske pojave u vodičima. Oni su vrlo važni za električne performanse vodljivog materijala:

1. Učinak kože karakterizira slabljenje elektromagnetskog polja, što više prodire u provodnikov medij. Taj se fenomen naziva i površinskim efektom.
2. Učinak blizine smanjuje gustoću struje zbog blizine susjednih žica i njihovog utjecaja.

Ti su učinci vrlo važni pri izračunavanju optimalne debljine vodiča, budući da će pri korištenju žice čiji je polumjer veći od dubine prodiranja struje u materijal, ostatak njegove mase ostati neiskorišten, pa će ovaj pristup biti neučinkovit. U skladu s izvršenim proračunima, efektivni promjer vodljivog materijala u nekim će situacijama biti sljedeći:

• za struju od 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

S obzirom na to, za visokofrekventne struje aktivno se koristi ravna kabela s više jezgara, koja se sastoji od mnogih tankih žica.

Karakteristike metala

Posebni pokazatelji metalnih vodiča sadržani su u posebnim tablicama. Na temelju tih podataka mogu se izvršiti potrebni daljnji izračuni. Primjer takve tablice otpornosti može se vidjeti na slici.

Tablica pokazuje da srebro ima najveću vodljivost - idealan je vodič među svim postojećim metalima i legurama. Ako izračunate koliko žica od ovog materijala treba za postizanje otpora od 1 Ohm, tada će izaći 62,5 m. Žica od željeza za istu vrijednost trebat će čak 7,7 m.

Kakva god čudesna svojstva srebro imalo, preskup je materijal za masovnu upotrebu u električnim mrežama, pa je bakar našao široku primjenu u svakodnevnom životu i industriji. Po specifičnom pokazatelju nalazi se na drugom mjestu nakon srebra, a po rasprostranjenosti i lakoći proizvodnje puno je bolji od njega. Bakar ima i druge prednosti koje su ga učinile najčešće korištenim vodičem. To uključuje:

Za uporabu u elektrotehnici koristi se rafinirani bakar koji se nakon topljenja od sulfidne rude podvrgava postupcima prženja i puhanja, a zatim nužno podvrgava elektrolitskom rafiniranju. Nakon takve obrade možete dobiti materijal vrlo visoke kvalitete (razreda M1 i M0), koji će sadržavati od 0,1 do 0,05% nečistoća. Važna je nijansa prisutnost kisika u izuzetno malim količinama, jer on negativno utječe na mehaničke karakteristike bakra.

Ovaj se metal često zamjenjuje jeftinijim materijalima - aluminijom i željezom, kao i raznim broncama (legure sa silicijem, berilijem, magnezijem, kositrom, kadmijem, kromom i fosforom). Takvi sastavi imaju veću čvrstoću od čistog bakra, iako imaju manju vodljivost.

Prednosti aluminija

Iako aluminij ima veću otpornost i lomljiviji je, njegova široka upotreba objašnjava se činjenicom da nije rijedak kao bakar i da je zato jeftiniji. Aluminij ima otpornost 0,028, a mala gustoća čini ga 3,5 puta lakšim od bakra.

Za električne radove koristi se pročišćeni aluminij razreda A1 koji sadrži ne više od 0,5% nečistoća. AB00 višeg razreda koristi se za proizvodnju elektrolitskih kondenzatora, elektroda i aluminijske folije. Sadržaj nečistoća u ovom aluminiju nije veći od 0,03%. Tu je i čisti metal AB0000, uključujući ne više od 0,004% aditiva. Sama nečistoća je također važna: nikal, silicij i cink nebitno utječu na vodljivost aluminija, a sadržaj bakra, srebra i magnezija u ovom metalu daje opipljiv učinak. Talij i mangan najviše smanjuju vodljivost.

Aluminij ima dobra antikorozivna svojstva. Nakon dodira sa zrakom, prekriva se tankim oksidnim filmom, koji ga štiti od daljnjeg uništavanja. Da bi se poboljšale mehaničke karakteristike, metal je legiran s drugim elementima.

Pokazatelji čelika i željeza

Specifična otpornost željeza u usporedbi s bakrom i aluminijom ima vrlo visoke stope, međutim, zbog dostupnosti, čvrstoće i otpornosti na deformacije, materijal se široko koristi u elektrotehnici.

Iako željezo i čelik, čiji je otpor još veći, imaju značajne nedostatke, proizvođači vodljivog materijala pronašli su metode da ih nadoknade. Niska otpornost na koroziju posebno se prevladava presvlačenjem čelične žice cinkom ili bakrom.

Svojstva natrija

Metalni natrij također vrlo obećava u proizvodnji vodiča. Što se tiče otpornosti, on znatno premašuje bakar, ali ima gustoću 9 puta manju od njegove. To omogućuje upotrebu materijala u proizvodnji ultralakih žica.

Metalni natrij vrlo je mekan i potpuno nestabilan za bilo kakve deformacijske učinke, što njegovu upotrebu čini problematičnom - žica izrađena od ovog metala mora biti prekrivena vrlo jakim plaštom s izuzetno malom fleksibilnošću. Kućište mora biti hermetički zatvoreno, jer je natrij vrlo reaktivan u najneutralnijim uvjetima. Trenutno oksidira u zraku i pokazuje burnu reakciju s vodom, uključujući i zrak.

Još jedna prednost korištenja natrija je njegova dostupnost. Može se dobiti u procesu elektrolize rastopljenog natrijevog klorida, kojeg u svijetu postoji neograničena količina. Ostali metali očito gube u tom pogledu.

Da bi se izračunala izvedba određenog vodiča, potrebno je podijeliti umnožak određenog broja i duljine žice s njezinom površinom presjeka. Rezultat je vrijednost otpora u ohmima. Na primjer, da biste utvrdili koliki je otpor 200 m željezne žice nazivnog presjeka 5 mm², trebate pomnožiti 0,13 s 200 i rezultat podijeliti s 5. Odgovor je 5,2 ohma.

Pravila i značajke izračuna

Mikroometri se koriste za mjerenje otpora metalnih medija. Danas se proizvode u digitalnom obliku, tako da su mjerenja provedena uz njihovu pomoć točna. To se može objasniti činjenicom da metali imaju visoku razinu vodljivosti i izuzetno nizak otpor. Na primjer, donji prag brojila je 10 -7 ohma.

Uz pomoć mikroometara možete brzo utvrditi koliko je kontakt dobar i koliki otpor pokazuju namoti generatora, elektromotora i transformatora, kao i električnih sabirnica. Može se izračunati prisutnost inkluzija drugog metala u kalupu. Na primjer, pozlaćeni komad volframa pokazuje polovinu vodljivosti potpuno zlatnog komada. Na isti način možete prepoznati unutarnje nedostatke i šupljine u vodiču.

Formula otpornosti je sljedeća: ρ \u003d Ohmm 2 / m. Riječima se to može opisati kao otpor vodiča od 1 metras površinom presjeka od 1 mm². Pretpostavlja se da je temperatura standardna - 20 ° C.

Utjecaj temperature na mjerenje

Zagrijavanje ili hlađenje nekih vodiča značajno utječe na rad brojila. Kao primjer može se navesti sljedeći pokus: na bateriju je potrebno spojiti spiralno namotanu žicu i spojiti ampermetar na krug.

Što se više vodič zagrijava, očitanja instrumenta postaju manje. Jačina struje obrnuto je proporcionalna otporu. Stoga možemo zaključiti da se kao rezultat zagrijavanja provodi vodljivost metala. U većoj ili manjoj mjeri svi se metali ponašaju na ovaj način, međutim, u nekim se legurama praktički ne primjećuju promjene u vodljivosti.

Značajno je da tekući vodiči i neki čvrsti nemetali imaju tendenciju smanjivanja otpora s porastom temperature. Ali znanstvenici su ovu sposobnost metala okrenuli u svoju korist. Poznavajući temperaturni koeficijent otpora (α) pri zagrijavanju nekih materijala, moguće je odrediti vanjsku temperaturu. Na primjer, platinasta žica postavljena na okvir od sljude stavlja se u pećnicu i mjeri se otpor. Ovisno o tome koliko se promijenila, donosi se zaključak o temperaturi u pećnici. Ovaj dizajn naziva se otporni termometar.

Ako je na temperaturi t0 otpor vodiča je r0 i na temperaturi t jednako rt, tada je temperaturni koeficijent otpora

Ova se formula može izračunati samo u određenom temperaturnom rasponu (do oko 200 ° C).

Otpor bakra mijenja se s temperaturom, ali prvo morate odlučiti mislimo li na specifični električni otpor vodiča (omski otpor), što je važno za napajanje preko Etherneta korištenjem istosmjerne struje, ili govorimo o signalima u mrežama za prijenos podataka, i tada govorimo o gubicima umetanja tijekom širenja elektromagnetskog vala u upletenoj sredini i ovisnosti slabljenja o temperaturi (i frekvenciji, što nije manje važno).

Otpor bakra

U međunarodnom SI sustavu, otpor vodiča mjeri se u Ohm ∙ m. U IT području češće se koristi dimenzija izvan sustava Ohm ∙ mm 2 / m, što je prikladnije za izračune, budući da su presjeci vodiča obično označeni u mm 2. Vrijednost 1 Ohm ∙ mm 2 / m milijun je puta manja od 1 Ohm ∙ m i karakterizira otpornost tvari, čiji homogeni vodič ima dužinu od 1 m i površine poprečnog presjeka od 1 mm 2 otpor od 1 Ohm.

Specifični otpor čistog električnog bakra pri 20 ° C je 0,0172 Ohm ∙ mm 2 / m... U raznim izvorima možete pronaći vrijednosti do 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m, što se također može odnositi na električni bakar. Vrijednosti variraju ovisno o obradi kojoj je materijal podvrgnut. Na primjer, žarenje nakon izvlačenja ("crtanja") žice smanjuje otpor bakra za nekoliko postotaka, premda se provodi prvenstveno radi promjene mehaničkih, a ne električnih svojstava.

Otpornost bakra izravno je važna za ostvarivanje Power over Ethernet aplikacija. Samo će dio izvorne istosmjerne struje dovedene do vodiča doseći krajnji kraj vodiča - neki gubici na putu neizbježni su. Na primjer, PoE tip 1 zahtijeva najmanje 12,95 vata od 15,4 vata koje izvor napaja na krajnji uređaj.

Otpornost bakra mijenja se s temperaturom, ali za temperature tipične za IT sferu te su promjene male. Promjena otpornosti izračunava se prema formulama:

ΔR \u003d α R ΔT

R2 \u003d R1 (1 + α (T2 - T1))

gdje je ΔR promjena otpornosti, R je otpornost na temperaturi koja se uzima za osnovnu razinu (obično 20 ° C), ΔT je gradijent temperature, α je temperaturni koeficijent otpornosti za dati materijal (dimenzija ° C -1 ). U rasponu od 0 ° C do 100 ° C, za bakar se usvaja temperaturni koeficijent 0,004 ° C -1. Izračunajmo otpor bakra na 60 ° C.

R 60 ° C \u003d R 20 ° C (1 + α (60 ° C - 20 ° C)) \u003d 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm ∙ mm 2 / m

Otpornost s porastom temperature za 40 ° C povećala se za 16%. Pri radu s kabelskim sustavima, uvijena para ne smije biti na visokim temperaturama, to ne smije biti dopušteno. S pravilno dizajniranim i instaliranim sustavom, temperatura kabela malo se razlikuje od uobičajenih 20 ° C, a tada će promjena otpora biti mala. Prema zahtjevima telekomunikacijskih standarda, otpor bakrenog vodiča duljine 100 m u uvijenom paru kategorija 5e ili 6 ne smije prelaziti 9,38 ohma pri 20 ° C. U praksi se proizvođači s marginom uklapaju u ovu vrijednost, stoga, čak i na temperaturama od 25 ° C ÷ 30 ° C, otpor bakrenog vodiča ne prelazi ovu vrijednost.

Gubitak uvrnutog para / gubitak umetanja

Kada se elektromagnetski val širi u mediju bakrene upletene pare, dio njegove energije raspršuje se putem od bližeg kraja do drugog kraja. Što je temperatura kabela viša, signal je više prigušen. Na visokim frekvencijama slabljenje je jače nego na niskim frekvencijama, a za više kategorije ograničenja tolerancije za ispitivanje gubitka umetanja stroža su. U tom su slučaju sve granične vrijednosti postavljene za temperaturu od 20 ° C. Ako je na 20 ° C izvorni signal stigao na krajnji dio segmenta od 100 m s razinom snage P, tada će se na povišenim temperaturama ta snaga signala primijetiti na kraćim udaljenostima. Ako je potrebno osigurati istu snagu signala na izlazu iz segmenta, tada ćete morati instalirati kraći kabel (što nije uvijek moguće) ili odabrati marke kabela s nižim slabljenjem.

• Za zaštićene kabele na temperaturama iznad 20 ° C, promjena temperature od 1 stupanj dovodi do promjene prigušenja za 0,2%
• Za sve vrste kabela i bilo koje frekvencije na temperaturama do 40 ° C, promjena temperature od 1 stupanj dovodi do promjene slabljenja za 0,4%
• Za sve vrste kabela i bilo koje frekvencije na temperaturama od 40 ° C do 60 ° C, promjena temperature od 1 stupanj dovodi do promjene slabljenja od 0,6%
• Za kabele kategorije 3 može doći do 1,5% promjene slabljenja po Celzijevom stupnju

Već početkom 2000. god. TIA / EIA-568-B.2 preporučio je da se smanji najveća dopuštena duljina trajne veze / kanala kategorije 6 ako je kabel postavljen u okruženju s povišenom temperaturom, a što je temperatura viša, segment mora biti kraći.

Uzimajući u obzir da je gornja frekvencija u kategoriji 6A dvostruko veća od kategorije 6, temperaturna ograničenja za takve sustave bit će još stroža.

Danas, kada implementiramo aplikacije PoE govorimo o maksimalnoj brzini od 1 gigabita. Kada koristite 10 gigabitnih aplikacija, Power over Ethernet se ne koristi, barem ne još. Dakle, ovisno o vašim potrebama, kako se temperatura mijenja, morate uzeti u obzir ili promjenu otpora bakra ili promjenu slabljenja. Najrazumnije je u oba slučaja osigurati da se kabeli drže na temperaturama blizu 20 ° C.

Stoga je važno znati parametre svih korištenih elemenata i materijala. I ne samo električni, već i mehanički. I na raspolaganju imate nekoliko prikladnih referentnih materijala koji vam omogućuju usporedbu karakteristika različitih materijala i odabir za dizajn i rad upravo onog što će biti optimalno u određenoj situaciji.
U dalekovodima, gdje je zadaća biti najproduktivnija, odnosno s visokom učinkovitošću, dovoditi energiju do potrošača, uzimaju se u obzir i ekonomija gubitaka i mehanika samih vodova. Konačna ekonomska učinkovitost linije ovisi o mehanici - to jest o uređaju i položaju vodiča, izolatora, nosača, pojačavajućih / silaznih transformatora, težini i čvrstoći svih konstrukcija, uključujući dugotrajno razvučene žice udaljenosti, kao i materijali odabrani za svaki strukturni element., njegov rad i operativni troškovi. Osim toga, u vodovima koji prenose električnu energiju postoje veći zahtjevi za osiguravanje sigurnosti kako samih linija tako i svega oko njih gdje prolaze. A to dodaje troškove i opskrbi električnim ožičenjima i dodatnoj marži sigurnosti za sve strukture.

Za usporedbu, podaci se obično prikazuju u jednom, usporedivom obliku. Često se takvim karakteristikama dodaje epitet "specifično", a same vrijednosti razmatraju se na nekim standardima objedinjenim u pogledu fizičkih parametara. Na primjer, električni otpor je otpor (ohm) vodiča izrađenog od neke vrste metala (bakar, aluminij, čelik, volfram, zlato) koji ima jediničnu duljinu i jedinični presjek u sustavu korištenih jedinica (obično u SI). Uz to, temperatura se dogovara, budući da se otpor vodiča pri zagrijavanju može ponašati drugačije. Temelji se na normalnim prosječnim radnim uvjetima - na 20 Celzijevih stupnjeva. A tamo gdje su svojstva važna pri promjeni parametara medija (temperatura, tlak), uvode se koeficijenti i izrađuju dodatne tablice i grafikoni ovisnosti.

Vrste otpornosti

Budući da se otpor događa:

• aktivni - ili omski, otporni - koji proizlaze iz potrošnje električne energije za grijanje vodiča (metala) kada električna struja prolazi kroz njega, i
• reaktivni - kapacitivni ili induktivni, - koji proizlaze iz neizbježnih gubitaka uslijed stvaranja svih vrsta promjena u struji koja prolazi kroz vodič električnih polja, tada je otpor vodiča dvije vrste:

1. Specifični električni otpor istosmjernoj struji (koji ima otporni karakter) i
2. Specifični električni otpor na izmjeničnu struju (koji ima reaktivni karakter).

Ovdje je otpornost tipa 2 složena vrijednost, sastoji se od dvije TP komponente - aktivne i reaktivne, jer otporni otpor uvijek postoji kad struja prolazi, bez obzira na njezinu prirodu, a reaktivni otpor događa se samo uz bilo kakvu promjenu struje u krugovima. U istosmjernim krugovima reaktancija nastaje samo tijekom prijelaznih procesa koji su povezani s uključivanjem struje (promjena struje s 0 na nazivnu) ili isključivanjem (promjena s nazivne na 0). I oni se obično uzimaju u obzir samo prilikom dizajniranja zaštite od preopterećenja.

U krugovima izmjenične struje pojave povezane s reaktancijama mnogo su raznolikije. Oni ne ovise samo o stvarnom prolasku struje kroz određeni presjek, već i o obliku vodiča, a ovisnost nije linearna.

Činjenica je da izmjenična struja inducira električno polje kako oko vodiča kroz koji teče, tako i u samom vodiču. I iz ovog polja nastaju vrtložne struje koje daju efekt „potiskivanja“ stvarnog glavnog kretanja naboja, iz dubine cijelog presjeka vodiča na njegovu površinu, takozvani „efekt kože“ (od kože - koža). Ispada da vrtložne struje kao da "kradu" njegov presjek od vodiča. Struja teče u određenom sloju blizu površine, ostatak debljine vodiča ostaje neiskorišten, ne smanjuje njegov otpor i jednostavno nema smisla povećavati debljinu vodiča. Pogotovo na visokim frekvencijama. Stoga se za izmjeničnu struju mjere otpori u takvim presjecima vodiča, pri čemu se cijeli njegov presjek može smatrati površinom. Takva se žica naziva tanka, debljina joj je jednaka dvostrukoj dubini ovog površinskog sloja, gdje vrtložne struje istiskuju korisnu glavnu struju koja teče u vodiču.

Naravno, efektivno provođenje izmjenične struje ne iscrpljuje se smanjenjem debljine okruglih žica u presjeku. Provodnik se može razrijediti, ali istodobno učiniti ravnim u obliku trake, tada će presjek biti veći od okružne žice, a otpor je manji. Uz to, jednostavno povećanje površine rezultirat će povećanjem efektivnog presjeka. Isto se može postići korištenjem namotane žice umjesto jednojezgrene, štoviše, višežilna žica je superiornija u fleksibilnosti od jednostruke žice, što je često također dragocjeno. S druge strane, uzimajući u obzir učinak prevlake u žicama, žice je moguće napraviti kompozitnim izradom jezgre od metala s dobrim svojstvima čvrstoće, na primjer, od čelika, ali s niskom strujom. U ovom se slučaju preko čelika izrađuje aluminijska pletenica koja ima niži otpor.

Uz učinak kože, na protok izmjenične struje u vodičima utječe i pobuđivanje vrtložnih struja u okolnim vodičima. Takve se struje nazivaju hvatačima, a one se induciraju kako u metalima koji ne igraju ulogu ožičenja (nosivi strukturni elementi), tako i u žicama cijelog provodnog kompleksa - igrajući ulogu žica drugih faza, nula , uzemljenje.

Svi se ti fenomeni nalaze u svim strukturama povezanim s električnom energijom, što dodatno pojačava važnost raspolaganja sažetkom referentnih podataka o raznim materijalima.

Otpornost vodiča mjeri se vrlo osjetljivim i preciznim instrumentima, budući da se za ožičenje odabiru metali s najmanjim otporom - reda ohma * 10 -6 po metru duljine i kvadratnih metara. mm odjeljak. Da bi se izmjerio specifični otpor izolacije, potrebni su uređaji koji imaju raspon vrlo visokih vrijednosti otpora - obično megohmi. Jasno je da vodiči moraju dobro voditi, a izolatori moraju biti dobro izolirani.

Stol

Željezo kao vodič u elektrotehnici

Željezo je najrašireniji metal u prirodi i tehnologiji (nakon vodika, koji je također metal). Najjeftiniji je i ima izvrsne karakteristike čvrstoće, stoga se svugdje koristi kao osnova za čvrstoću različitih struktura.

U elektrotehnici se željezo koristi kao vodič u obliku savitljivih čeličnih žica gdje su potrebne fizička čvrstoća i fleksibilnost, a potreban se otpor može postići odgovarajućim presjekom.

Imajući tablicu specifičnih otpora različitih metala i legura, možete izračunati presjeke žica izrađenih od različitih vodiča.

Kao primjer, pokušajmo pronaći električki ekvivalentan presjek vodiča izrađenih od različitih materijala: bakra, volframa, niklina i željezne žice. Za početnu uzimamo aluminijsku žicu presjeka 2,5 mm.

Trebamo otpor žice izrađene od svih ovih metala jednak otporu izvorne na duljini od 1 m. Otpor aluminija na 1 m duljine i 2,5 mm presjeka bit će jednak

Gdje R - otpor, ρ - metalna otpornost sa stola, S - poprečni presjek područja, L - duljina.

Zamjenom početnih vrijednosti dobivamo otpor metra komada aluminijske žice u ohima.

Nakon toga rješavamo formulu za S

Zamijenit ćemo vrijednosti iz tablice i dobiti površine presjeka za različite metale.

Budući da se otpor u tablici mjeri na žici duljine 1 m, u mikro ohmima na presjeku 1 mm 2, dobili smo je u mikro ohmima. Da biste ga dobili u ohima, pomnožite vrijednost s 10 -6. No, broj ohma sa 6 nula nakon decimalne točke uopće nam nije potreban, budući da se konačni rezultat još uvijek nalazi u mm 2.

Kao što vidite, otpor željeza je prilično velik, žica je debela.

Ali postoje materijali koji ga imaju i više, na primjer, niklin ili konstantan.

Jedna od fizikalnih veličina koja se koristi u elektrotehnici je električni otpor. Uzimajući u obzir otpornost aluminija, treba imati na umu da ova vrijednost karakterizira sposobnost bilo koje tvari da spriječi prolazak električne struje kroz nju.

Pojmovi otpornosti

Suprotno od otpora naziva se vodljivost ili električna vodljivost. Uobičajeni električni otpor karakterističan je samo za vodič, a specifični električni otpor karakterističan je samo za jednu ili drugu supstancu.

U pravilu se ova vrijednost izračunava za vodič s homogenom strukturom. Za određivanje homogenih električnih vodiča koristi se formula:

Fizičko značenje ove veličine leži u određenom otporu homogenog vodiča određene duljine jedinice i površine presjeka. Mjerna jedinica je SI jedinica Ohm.m ili izvan sistemske jedinice Ohm.mm2 / m. Posljednja jedinica znači da će vodič homogene tvari, duljine 1 m, površine poprečnog presjeka 1 mm2, imati otpor od 1 Ohm. Dakle, otpor bilo koje tvari može se izračunati pomoću presjeka električnog kruga od 1 m čiji presjek iznosi 1 mm2.

Otpornost različitih metala

Svaki metal ima svoje individualne karakteristike. Ako usporedimo otpornost aluminija, na primjer, s bakrom, može se primijetiti da je za bakar ta vrijednost 0,0175 Ohm.mm2 / m, a za aluminij - 0,0271 Ohm.mm2 / m. Dakle, otpornost aluminija znatno je veća od otpora bakra. Iz toga proizlazi da je električna vodljivost mnogo veća od aluminijske.

Određeni čimbenici utječu na vrijednost otpornosti metala. Primjerice, tijekom deformacija poremećena je struktura kristalne rešetke. Zbog nastalih nedostataka povećava se otpor prolasku elektrona unutar vodiča. Stoga dolazi do povećanja otpornosti metala.

Učinak ima i temperatura. Zagrijani, čvorovi kristalne rešetke počinju snažnije vibrirati, povećavajući tako otpornost. Trenutno se zbog velike otpornosti aluminijske žice posvuda zamjenjuju bakrenim žicama koje imaju veću vodljivost.