Ohm kanunundan bildiğimiz gibi devrenin bir bölümündeki akım aşağıdaki ilişkidedir: ben=U/R. Yasa, 19. yüzyılda Alman fizikçi Georg Ohm'un bir dizi deneyi sonucunda elde edildi. Bir model fark etti: Devrenin herhangi bir bölümündeki akımın gücü, bu bölüme uygulanan gerilime doğrudan ve direncine ters olarak bağlıdır.

Daha sonra bir bölümün direncinin ona bağlı olduğu bulundu. geometrik özellikler aşağıdaki gibi: R=ρl/S,

burada l iletkenin uzunluğu, S alanıdır enine kesit ve ρ belirli bir orantı katsayısıdır.

Böylece direnç, iletkenin geometrisinin yanı sıra aşağıdaki gibi bir parametre ile belirlenir. direnç(bundan böyle - ABD) - bu, bu katsayının adıdır. Aynı kesite ve uzunluğa sahip iki iletkeni tek tek bir devreye yerleştirirseniz, akımı ve direnci ölçerek iki durumda bu göstergelerin farklı olacağını görebilirsiniz. Böylece, spesifik elektrik direnci - bu, iletkenin yapıldığı malzemenin veya daha kesin olarak maddenin bir özelliğidir.

İletkenlik ve direnç

BİZ. Bir maddenin akımın geçişini engelleme yeteneğini gösterir. Ancak fizikte ters bir miktar da vardır: iletkenlik. Yürütme yeteneğini gösteriyor elektrik akımı. Şuna benziyor:

σ=1/ρ, burada ρ maddenin direncidir.

İletkenlikten bahsedecek olursak bu maddedeki yük taşıyıcıların özelliklerine göre belirlenir. Yani metallerin serbest elektronları vardır. Dış kabukta bunlardan üçten fazlası yoktur ve atomun "onları vermesi" daha karlı olur; kimyasal reaksiyonlar periyodik tablonun sağ tarafındaki maddelerle. Sahip olduğumuz bir durumda saf metal Bu dış elektronların paylaşıldığı bir kristal yapıya sahiptir. Metale bir elektrik alanı uygulandığında yükü aktaranlardır.

Çözeltilerde yük taşıyıcıları iyonlardır.

Silikon gibi maddelerden bahsedersek, özelliklerinde yarı iletken ve biraz farklı bir prensiple çalışıyor, ancak bunun üzerinde daha sonra duracağız. Bu arada, bu madde sınıflarının nasıl farklılaştığını bulalım:

1. İletkenler;
2. Yarıiletkenler;
3. Dielektrikler.

İletkenler ve dielektrikler

Neredeyse akımı iletmeyen maddeler var. Bunlara dielektrik denir. Bu tür maddeler polarizasyon yeteneğine sahiptir. elektrik alanı yani molekülleri, içlerindeki dağılım şekline bağlı olarak bu alanda dönebilmektedir. elektronlar. Ancak bu elektronlar serbest olmayıp atomlar arası iletişimi sağladığı için akımı iletmezler.

Dielektriklerin iletkenliği neredeyse sıfırdır, ancak aralarında ideal olanlar yoktur (bu, tamamen siyah bir cisim veya ideal bir gazla aynı soyutlamadır).

“İletken” kavramının geleneksel sınırı ρ'dir<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Bu iki sınıf arasında yarı iletken adı verilen maddeler vardır. Ancak bunların ayrı bir madde grubuna ayrılması, "iletkenlik - direnç" çizgisindeki ara durumlarıyla değil, bu iletkenliğin farklı koşullar altındaki özellikleriyle ilişkilidir.

Çevresel faktörlere bağımlılık

İletkenlik tamamen sabit bir değer değildir. Hesaplamalar için ρ'nin alındığı tablolardaki veriler normal çevre koşulları, yani 20 derecelik sıcaklık için mevcuttur. Gerçekte bir devrenin çalışması için bu kadar ideal koşulları bulmak zordur; aslında ABD (ve dolayısıyla iletkenlik) aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

1. sıcaklık;
2. basınç;
3. manyetik alanların varlığı;
4. ışık;
5. toplanma durumu.

Farklı maddelerin, farklı koşullar altında bu parametreyi değiştirmek için kendi programları vardır. Böylece ferromıknatıslar (demir ve nikel), akımın yönü manyetik alan çizgilerinin yönü ile çakıştığında bunu arttırır. Sıcaklığa gelince, buradaki bağımlılık neredeyse doğrusaldır (hatta sıcaklık direnci katsayısı kavramı bile vardır ve bu aynı zamanda tablo değeridir). Ancak bu bağımlılığın yönü farklıdır: metaller için sıcaklık arttıkça artar ve nadir toprak elementleri ve elektrolit çözeltileri için artar - ve bu aynı toplanma durumu içindedir.

Yarı iletkenler için sıcaklığa bağımlılık doğrusal değil, hiperbolik ve terstir: artan sıcaklıkla iletkenlikleri artar. Bu, iletkenleri yarı iletkenlerden niteliksel olarak ayırır. İletkenler için ρ'nin sıcaklığa bağımlılığı şöyle görünür:

Bakır, platin ve demirin dirençleri burada gösterilmektedir. Bazı metaller, örneğin cıva, biraz farklı bir grafiğe sahiptir - sıcaklık 4 K'ye düştüğünde neredeyse tamamen kaybeder (bu olguya süperiletkenlik denir).

Yarı iletkenler için bu bağımlılık şöyle olacaktır:

Sıvı duruma geçerken metalin ρ değeri artar, ancak daha sonra hepsi farklı davranır. Örneğin erimiş bizmut için oda sıcaklığından daha düşüktür ve bakır için normalden 10 kat daha yüksektir. Nikel doğrusal grafiği 400 derece daha terk eder, bundan sonra ρ düşer.

Ancak tungsten o kadar yüksek bir sıcaklığa bağımlıdır ki, akkor lambaların yanmasına neden olur. Açıldığında akım bobini ısıtır ve direnci birkaç kat artar.

Ayrıca y. İle. alaşımlar üretim teknolojisine bağlıdır. Dolayısıyla, basit bir mekanik karışımla uğraşıyorsak, böyle bir maddenin direnci ortalama kullanılarak hesaplanabilir, ancak bir ikame alaşımı için (bu, iki veya daha fazla elementin tek bir kristal kafeste birleştirildiği zamandır) farklı olacaktır. kural olarak çok daha büyük. Örneğin elektrikli sobalar için spirallerin yapıldığı nikrom, bu parametre için öyle bir değere sahiptir ki, devreye bağlandığında bu iletken kızarıklık noktasına kadar ısınır (bu yüzden aslında kullanılır).

İşte karbon çeliklerinin karakteristiği ρ:

Görüldüğü gibi erime sıcaklığına yaklaştıkça stabil hale gelir.

Çeşitli iletkenlerin direnci

Öyle olsa bile, hesaplamalarda ρ tam olarak normal koşullar altında kullanılır. Farklı metallerin bu özelliklerini karşılaştırabileceğiniz bir tablo:

Tablodan da anlaşılacağı üzere en iyi iletken gümüştür. Ve sadece maliyeti, kablo üretiminde yaygın kullanımına engel oluyor. BİZ. alüminyum da küçüktür ancak altından daha azdır. Tablodan evlerdeki kabloların neden bakır veya alüminyum olduğu anlaşılıyor.

Tablo, daha önce de söylediğimiz gibi biraz alışılmadık bir y grafiğine sahip olan nikeli içermemektedir. İle. sıcaklık üzerinde. Sıcaklığın 400 dereceye çıkarılmasından sonra nikelin direnci artmaya değil düşmeye başlar. Aynı zamanda diğer ikame alaşımlarında da ilginç davranışlar gösterir. Her ikisinin yüzdesine bağlı olarak bir bakır ve nikel alaşımı şu şekilde davranır:

Ve bu ilginç grafik Çinko - magnezyum alaşımlarının direncini göstermektedir:

Reostat üretiminde malzeme olarak yüksek dirençli alaşımlar kullanılır, özellikleri şunlardır:

Bunlar demir, alüminyum, krom, manganez ve nikelden oluşan karmaşık alaşımlardır.

Karbonlu çeliklerde ise yaklaşık 1,7*10^-7 Ohm m'dir.

Y arasındaki fark. İle. Farklı iletkenler uygulamalarına göre belirlenir. Bu nedenle, kablo üretiminde bakır ve alüminyum yaygın olarak kullanılmaktadır ve bir dizi radyo mühendisliği ürününde kontak olarak altın ve gümüş kullanılmaktadır. Yüksek dirençli iletkenler elektrikli cihaz üreticileri arasında yerini buldu (daha doğrusu bu amaç için yaratıldılar).

Bu parametrenin çevre koşullarına bağlı olarak değişkenliği, manyetik alan sensörleri, termistörler, gerinim ölçerler ve fotodirençler gibi cihazların temelini oluşturmuştur.

Her madde değişen derecelerde akım iletme yeteneğine sahiptir, bu değer malzemenin direncinden etkilenir. Bakır, alüminyum, çelik ve diğer elementlerin direnci Yunan alfabesindeki ρ harfiyle gösterilir. Bu değer, iletkenin boyutu, şekli ve fiziksel durumu gibi özelliklerine bağlı değildir; sıradan elektrik direnci bu parametreleri dikkate alır. Direnç Ohm cinsinden mm² ile çarpılıp metreye bölünerek ölçülür.

Kategoriler ve açıklamaları

Herhangi bir malzeme kendisine verilen elektriğe bağlı olarak iki tür direnç gösterme yeteneğine sahiptir. Akım, maddenin teknik performansını önemli ölçüde etkileyen değişken veya sabit olabilir. Yani, böyle dirençler var:

1. Ohmik. Doğru akımın etkisi altında görünür. Bir iletken içindeki elektrik yüklü parçacıkların hareketiyle oluşan sürtünmeyi karakterize eder.
2. Aktif. Aynı prensibe göre belirlenir ancak alternatif akımın etkisi altında yaratılır.

Bu bağlamda spesifik değerin iki tanımı da bulunmaktadır. Doğru akım için, birim sabit kesit alanına sahip iletken malzemenin birim uzunluğunun uyguladığı dirence eşittir. Potansiyel elektrik alanı tüm iletkenleri, ayrıca yarı iletkenleri ve iyonları iletebilen çözümleri etkiler. Bu değer malzemenin kendisinin iletken özelliklerini belirler. İletkenin şekli ve boyutları dikkate alınmadığından elektrik mühendisliği ve malzeme biliminde temel olarak adlandırılabilir.

Alternatif akımın geçmesi durumunda, iletken malzemenin kalınlığı dikkate alınarak spesifik değer hesaplanır. Burada sadece potansiyelin değil aynı zamanda girdap akımının da etkisi vardır ve ayrıca elektrik alanlarının frekansı da dikkate alınır. Bu tipin direnci doğru akımdan daha yüksektir, çünkü burada girdap alanına direncin pozitif değeri dikkate alınır. Bu değer aynı zamanda iletkenin şekline ve boyutuna da bağlıdır. Yüklü parçacıkların girdap hareketinin doğasını belirleyen bu parametrelerdir.

Alternatif akım iletkenlerde bazı elektromanyetik olaylara neden olur. İletken malzemenin elektriksel özellikleri açısından çok önemlidirler:

1. Cilt etkisi, iletkenin ortamına ne kadar çok nüfuz ederse, elektromanyetik alanın zayıflamasıyla karakterize edilir. Bu olaya aynı zamanda yüzey etkisi de denir.
2. Yakınlık etkisi, bitişik kabloların yakınlığı ve bunların etkisi nedeniyle akım yoğunluğunu azaltır.

Bu etkiler iletkenin optimal kalınlığını hesaplarken çok önemlidir, çünkü yarıçapı malzemeye akımın nüfuz ettiği derinlikten daha büyük olan bir tel kullanıldığında kütlesinin geri kalanı kullanılmadan kalacaktır ve bu nedenle bu yaklaşım etkisiz olacaktır. Yapılan hesaplamalara göre iletken malzemenin bazı durumlarda etkin çapı şu şekilde olacaktır:

• 50 Hz - 2,8 mm'lik bir akım için;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

Bunun ışığında, yüksek frekanslı akımlar için çok sayıda ince telden oluşan düz çok damarlı kabloların kullanımı aktif olarak kullanılmaktadır.

Metallerin özellikleri

Metal iletkenlerin özel göstergeleri özel tablolarda yer almaktadır. Bu verileri kullanarak gerekli ilave hesaplamaları yapabilirsiniz. Böyle bir direnç tablosunun bir örneği resimde görülebilir.

Tablo, gümüşün en yüksek iletkenliğe sahip olduğunu göstermektedir; mevcut tüm metaller ve alaşımlar arasında ideal bir iletkendir. 1 ohm direnç elde etmek için bu malzemeden ne kadar tel gerektiğini hesaplarsanız 62,5 m elde edersiniz. Aynı değer için demir tel 7,7 m kadar gerektirecektir.

Gümüş ne kadar harika özelliklere sahip olursa olsun, elektrik ağlarında toplu kullanım için çok pahalı bir malzemedir, bu nedenle bakır günlük yaşamda ve endüstride geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Spesifik gösterge açısından gümüşten sonra ikinci sırada yer almakta olup yaygınlık ve çıkarım kolaylığı açısından ondan çok daha iyidir. Bakırın en yaygın iletken olmasını sağlayan başka avantajları da vardır. Bunlar şunları içerir:

Elektrik mühendisliğinde kullanım için, sülfür cevherinden eritildikten sonra kavurma ve üfleme işlemlerinden geçen ve daha sonra mutlaka elektrolitik saflaştırmaya tabi tutulan rafine bakır kullanılır. Böyle bir işlemden sonra,% 0,1 ila 0,05 arasında yabancı madde içeren çok yüksek kaliteli malzeme (M1 ve M0 dereceleri) elde edebilirsiniz. Önemli bir nüans, bakırın mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilediği için son derece küçük miktarlarda oksijenin varlığıdır.

Çoğu zaman bu metalin yerini daha ucuz malzemeler (alüminyum ve demir) ve ayrıca çeşitli bronzlar (silikon, berilyum, magnezyum, kalay, kadmiyum, krom ve fosforlu alaşımlar) alır. Bu tür bileşimler, daha düşük iletkenliğe sahip olmalarına rağmen, saf bakırla karşılaştırıldığında daha yüksek mukavemete sahiptir.

Alüminyumun avantajları

Alüminyumun direnci daha fazla ve daha kırılgan olmasına rağmen bakır kadar az bulunmaması ve dolayısıyla maliyetinin daha düşük olması nedeniyle yaygın kullanımıdır. Alüminyumun direnci 0,028'dir ve düşük yoğunluğu onu bakırdan 3,5 kat daha hafif yapar.

Elektrik işleri için,% 0,5'ten fazla yabancı madde içermeyen saflaştırılmış A1 sınıfı alüminyum kullanılır. Daha yüksek dereceli AB00, elektrolitik kapasitörlerin, elektrotların ve alüminyum folyonun üretiminde kullanılır. Bu alüminyumdaki yabancı madde içeriği %0,03'ten fazla değildir. Ayrıca saf metal AB0000 de var%0,004'ten fazla katkı maddesi içermeyen. Safsızlıkların kendisi de önemlidir: nikel, silikon ve çinko, alüminyumun iletkenliği üzerinde hafif bir etkiye sahiptir ve bu metaldeki bakır, gümüş ve magnezyum içeriğinin gözle görülür bir etkisi vardır. Talyum ve manganez iletkenliği en çok azaltır.

Alüminyum iyi korozyon önleyici özelliklere sahiptir. Havayla temas ettiğinde ince bir oksit filmiyle kaplanır ve bu da onu daha fazla tahribattan korur. Mekanik özellikleri iyileştirmek için metal diğer elementlerle alaşımlanır.

Çelik ve demir göstergeleri

Demirin bakır ve alüminyuma göre direnci çok yüksektir, ancak bulunabilirliği, mukavemeti ve deformasyona karşı direnci nedeniyle malzeme elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Direnci daha da yüksek olan demir ve çeliğin önemli dezavantajları olmasına rağmen iletken malzeme üreticileri bunları telafi edecek yöntemler bulmuşlardır. Özellikle çelik telin çinko veya bakır ile kaplanmasıyla düşük korozyon direncinin üstesinden gelinir.

Sodyumun özellikleri

Sodyum metali iletken üretiminde de oldukça ümit vericidir. Direnç açısından bakırı önemli ölçüde aşıyor ancak yoğunluğu bundan 9 kat daha az. Bu, malzemenin ultra hafif tellerin üretiminde kullanılmasına olanak tanır.

Sodyum metali çok yumuşaktır ve her türlü deformasyona karşı tamamen kararsızdır, bu da kullanımını sorunlu hale getirir - bu metalden yapılmış bir telin, son derece az esnekliğe sahip, çok güçlü bir kılıfla kaplanması gerekir. Sodyum en nötr koşullar altında güçlü kimyasal aktivite gösterdiğinden kabuk kapatılmalıdır. Havada anında oksitlenir ve havadaki su da dahil olmak üzere suyla şiddetli reaksiyona girer.

Sodyum kullanmanın bir diğer yararı da bulunabilirliğidir. Dünyada sınırsız miktarda bulunan erimiş sodyum klorürün elektrolizi yoluyla elde edilebilir. Diğer metaller bu bakımdan açıkça yetersizdir.

Belirli bir iletkenin performansını hesaplamak için, telin belirli sayısının ve uzunluğunun çarpımını kesit alanına bölmek gerekir. Sonuç Ohm cinsinden direnç değeri olacaktır. Örneğin nominal kesiti 5 mm² olan 200 m demir telin direncini belirlemek için 0,13'ü 200 ile çarpmanız ve sonucu 5'e bölmeniz gerekir. Cevap 5,2 Ohm'dur.

Hesaplamanın kuralları ve özellikleri

Mikroohmmetreler metalik ortamın direncini ölçmek için kullanılır. Bugün dijital versiyonda üretiliyorlar, dolayısıyla onların yardımıyla alınan ölçümler doğru. Bu durum metallerin iletkenliğinin yüksek, direncinin ise son derece düşük olmasıyla açıklanabilir. Örneğin ölçü aletlerinin alt eşiği 10 -7 Ohm değerindedir.

Mikroohmmetreler kullanarak, temasın ne kadar iyi olduğunu ve jeneratörlerin, elektrik motorlarının ve transformatörlerin yanı sıra elektrik otobüslerinin sargılarının hangi direnci gösterdiğini hızlı bir şekilde belirleyebilirsiniz. Külçede başka bir metalin kalıntılarının varlığını hesaplamak mümkündür. Örneğin, altınla kaplanmış bir tungsten parçası, tüm altının yarı iletkenliğine sahiptir. Aynı yöntem iletkendeki iç kusurları ve boşlukları belirlemek için de kullanılabilir.

Direnç formülü aşağıdaki gibidir: ρ = Ohm mm2 /m. Kısaca 1 metre iletkenin direnci olarak tanımlanabilir. 1 mm² kesit alanına sahip. Sıcaklığın standart - 20 °C olduğu varsayılmaktadır.

Sıcaklığın ölçüme etkisi

Bazı iletkenlerin ısıtılması veya soğutulması, ölçüm cihazlarının performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bir örnek aşağıdaki deneydir: aküye spiral olarak sarılmış bir tel bağlamak ve devreye bir ampermetre bağlamak gerekir.

İletken ne kadar ısınırsa cihazdaki okumalar o kadar düşük olur. Akım gücü dirençle ters orantılıdır. Dolayısıyla ısıtma sonucunda metalin iletkenliğinin azaldığı sonucuna varabiliriz. Az ya da çok tüm metaller bu şekilde davranır, ancak bazı alaşımlarda iletkenlikte pratikte hiçbir değişiklik olmaz.

Sıvı iletkenlerin ve bazı katı ametallerin sıcaklık arttıkça dirençlerini azaltma eğiliminde olmaları dikkat çekicidir. Ancak bilim insanları metallerin bu yeteneğini de kendi avantajlarına çevirdi. Bazı malzemeleri ısıtırken direnç sıcaklık katsayısını (α) bilerek dış sıcaklığı belirlemek mümkündür. Örneğin mika çerçeve üzerine yerleştirilen platin tel fırına yerleştirilerek direnci ölçülür. Ne kadar değiştiğine bağlı olarak fırındaki sıcaklık hakkında bir sonuca varılır. Bu tasarıma dirençli termometre denir.

Eğer sıcaklıkta T 0 iletken direnci R 0 ve sıcaklıkta T eşittir rt, o zaman direnç sıcaklık katsayısı şuna eşittir:

Bu formül kullanılarak hesaplama yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında (yaklaşık 200 °C'ye kadar) yapılabilir.

Bakır direnci sıcaklıkla değişir, ancak önce Ethernet üzerinden DC gücü için önemli olan iletkenlerin elektriksel direncinden (ohmik direnç) mi bahsettiğimize yoksa veri ağlarındaki sinyallerden mi bahsettiğimize karar vermemiz gerekir. o zaman bir elektromanyetik dalganın bükümlü bir çift ortamda yayılması sırasındaki ekleme kayıplarından ve zayıflamanın sıcaklığa (ve daha az önemli olmayan frekansa) bağımlılığından bahsediyoruz.

Bakır direnci

Uluslararası SI sisteminde iletkenlerin direnci Ohm∙m cinsinden ölçülür. IT alanında, iletken kesitleri genellikle mm2 cinsinden gösterildiğinden hesaplamalar için daha uygun olan sistem dışı boyut Ohm∙mm2 /m daha sık kullanılır. 1 Ohm∙mm2 /m değeri, 1 Ohm∙m'den milyon kat daha azdır ve 1 m uzunluğunda ve 1 mm2 kesit alanına sahip homojen bir iletken olan bir maddenin direncini karakterize eder. 1 Ohm'luk bir direnç.

Saf elektrik bakırının 20°C'deki direnci 0,0172 Ohm∙mm2 /m. Çeşitli kaynaklarda 0,018 Ohm∙mm 2 /m'ye kadar değerler bulabilirsiniz, bu aynı zamanda elektrik bakırı için de geçerli olabilir. Değerler malzemenin tabi tutulduğu işleme göre değişiklik göstermektedir. Örneğin, telin çekilmesinden (çekilmesinden) sonra tavlama, bakırın direncini yüzde birkaç oranında azaltır, ancak bu, öncelikle elektriksel özelliklerden ziyade mekanik özellikleri değiştirmek için yapılır.

Bakır direncinin Ethernet üzerinden Güç uygulamaları için doğrudan etkileri vardır. İletkene enjekte edilen orijinal DC akımının yalnızca bir kısmı iletkenin uzak ucuna ulaşacaktır; yol boyunca bir miktar kayıp kaçınılmazdır. Örneğin, PoE Tip 1 kaynak tarafından sağlanan 15,4 W'tan en az 12,95 W'ın uzak uçtaki güç sağlanan cihaza ulaşmasını gerektirir.

Bakırın direnci sıcaklığa göre değişir, ancak IT sıcaklıkları için değişiklikler küçüktür. Dirençteki değişim aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır:

ΔR = α R ΔT

R2 = R1 (1 + α (T2 - T1))

burada ΔR özdirençteki değişimdir, R taban seviyesi olarak alınan bir sıcaklıktaki özdirençtir (genellikle 20°C), ΔT sıcaklık gradyanıdır, α belirli bir malzeme için özdirencin sıcaklık katsayısıdır (boyut °C -1) ). 0°C ila 100°C aralığında bakır için 0,004 °C -1 sıcaklık katsayısı kabul edilir. Bakırın 60°C'deki direncini hesaplayalım.

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2 /m

Sıcaklığın 40°C artmasıyla direnç %16 arttı. Kablo sistemlerini çalıştırırken elbette bükümlü çift yüksek sıcaklıklara maruz bırakılmamalı; buna izin verilmemelidir. Düzgün tasarlanmış ve kurulmuş bir sistemle, kabloların sıcaklığı normal 20 ° C'den çok az farklılık gösterir ve bu durumda dirençteki değişiklik küçük olacaktır. Telekomünikasyon standartlarına göre Kategori 5e veya 6 bükümlü çift kablodaki 100 m bakır iletkenin direnci 20°C'de 9,38 ohm'u geçmemelidir. Pratikte üreticiler bu değere bir marjla uyuyorlar, yani 25°C ÷ 30°C sıcaklıklarda bile bakır iletkenin direnci bu değeri aşmıyor.

Bükülü Çift Sinyal Zayıflaması / Ekleme Kaybı

Bir elektromanyetik dalga bakır bükümlü çift kablo boyunca yayıldığında, enerjisinin bir kısmı yakın uçtan uzak uca kadar yol boyunca dağılır. Kablo sıcaklığı ne kadar yüksek olursa sinyal o kadar zayıflar. Yüksek frekanslarda zayıflama, düşük frekanslara göre daha fazladır ve daha yüksek kategoriler için ekleme kaybı testi için kabul edilebilir sınırlar daha katıdır. Bu durumda tüm sınır değerler 20°C sıcaklığa ayarlanmıştır. Orijinal sinyal 20°C'de P güç seviyesiyle 100 m'lik bir segmentin uzak ucuna ulaşırsa, yüksek sıcaklıklarda bu tür sinyal gücü daha kısa mesafelerde gözlemlenecektir. Segmentin çıkışında aynı sinyal gücünün sağlanması gerekiyorsa, ya daha kısa bir kablo takmanız (ki bu her zaman mümkün değildir) ya da daha düşük zayıflamaya sahip kablo markalarını seçmeniz gerekecektir.

• 20°C'nin üzerindeki sıcaklıklardaki ekranlı kablolar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,2'lik bir değişikliğe yol açar
• Tüm kablo türleri ve 40°C'ye kadar sıcaklıklardaki tüm frekanslar için sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,4 oranında bir değişikliğe yol açar
• 40°C ila 60°C arasındaki sıcaklıklardaki tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,6'lık bir değişikliğe yol açar
• Kategori 3 kablolarda santigrat derece başına %1,5 zayıflama değişimi yaşanabilir

Zaten 2000'in başında. TIA/EIA-568-B.2, kablonun yüksek sıcaklıktaki bir ortama kurulması durumunda Kategori 6 kalıcı bağlantı/kanalın izin verilen maksimum uzunluğunun azaltılmasını ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa segmentin o kadar kısa olması gerektiğini tavsiye etti.

Kategori 6A'daki frekans tavanının kategori 6'ya göre iki kat daha yüksek olduğu göz önüne alındığında, bu tür sistemlere yönelik sıcaklık kısıtlamaları daha da sıkı olacaktır.

Günümüzde uygulamaları hayata geçirirken Yetki Belgesi Maksimum 1 gigabit hızlardan bahsediyoruz. Ancak 10-Gigabit uygulamalar kullanıldığında, Ethernet Üzerinden Güç en azından şimdilik bir seçenek değildir. Dolayısıyla ihtiyaçlarınıza bağlı olarak sıcaklık değiştiğinde bakır direncindeki değişimi veya zayıflamadaki değişimi dikkate almanız gerekir. Her iki durumda da kabloların 20°C'ye yakın sıcaklıklarda tutulmasını sağlamak en mantıklısıdır.

Bu nedenle kullanılan tüm elemanların ve malzemelerin parametrelerinin bilinmesi önemlidir. Ve sadece elektrikli değil, aynı zamanda mekanik. Ayrıca, farklı malzemelerin özelliklerini karşılaştırmanıza ve belirli bir durumda tam olarak neyin en uygun olacağını tasarım ve çalışmanıza olanak tanıyan bazı uygun referans malzemelerini emrinizde bulundurun.
Enerjinin tüketiciye en verimli şekilde yani yüksek verimle ulaştırılmasının amaçlandığı enerji iletim hatlarında hem kayıpların ekonomisi hem de hatların mekaniği dikkate alınır. Hattın nihai ekonomik verimliliği mekaniğe, yani iletkenlerin, yalıtkanların, desteklerin, yükseltici/alçaltıcı transformatörlerin düzenine ve düzenine, uzun mesafelere gerilmiş teller de dahil olmak üzere tüm yapıların ağırlığına ve gücüne bağlıdır. yanı sıra her yapı elemanı için seçilen malzemeler, iş ve işletme maliyetleri. Ayrıca elektrik ileten hatlarda hem hatların hem de geçtikleri çevredeki her şeyin güvenliğinin sağlanması konusunda daha yüksek gereksinimler bulunmaktadır. Bu da hem elektrik kablolarının sağlanması hem de tüm yapıların ek güvenlik marjı açısından maliyetleri artırmaktadır.

Karşılaştırma için veriler genellikle tek, karşılaştırılabilir bir forma indirgenir. Çoğu zaman, bu özelliklere "spesifik" sıfatı eklenir ve değerlerin kendisi, fiziksel parametrelerle birleştirilmiş belirli standartlara göre değerlendirilir. Örneğin, elektriksel direnç, kullanılan birimler sisteminde (genellikle SI) birim uzunluğa ve birim kesite sahip bazı metallerden (bakır, alüminyum, çelik, tungsten, altın) yapılmış bir iletkenin direncidir (ohm). Ek olarak sıcaklık da belirtilir, çünkü ısıtıldığında iletkenlerin direnci farklı davranabilir. Normal ortalama çalışma koşulları esas alınır - 20 santigrat derecede. Çevresel parametreler (sıcaklık, basınç) değiştirilirken özelliklerin önemli olduğu durumlarda katsayılar tanıtılır ve ek tablolar ve bağımlılık grafikleri derlenir.

Direnç türleri

Direnç oluştuğundan:

• aktif - veya omik, dirençli - içinden bir elektrik akımı geçtiğinde iletkenin (metal) ısıtılması için elektrik harcamasından kaynaklanan ve
• reaktif - kapasitif veya endüktif - elektrik alanlarının iletkenden geçen akımda herhangi bir değişiklik yaratması nedeniyle kaçınılmaz kayıplardan meydana gelir, bu durumda iletkenin direnci iki çeşittir:

1. Doğru akıma özgü elektriksel direnç (dirençli bir yapıya sahip) ve
2. Alternatif akıma karşı spesifik elektriksel direnç (reaktif nitelikte).

Burada, tip 2 direnç karmaşık bir değerdir; iki TC bileşeninden oluşur - aktif ve reaktif, çünkü direnç direnci, doğası ne olursa olsun, akım geçtiğinde her zaman mevcuttur ve reaktif direnç yalnızca devrelerdeki akımdaki herhangi bir değişiklikle meydana gelir. DC devrelerinde, reaktans yalnızca akımın açılması (akımın 0'dan nominale değişmesi) veya kapanma (nominalden 0'a fark) ile ilişkili geçici işlemler sırasında meydana gelir. Ve genellikle yalnızca aşırı yük koruması tasarlanırken dikkate alınırlar.

Alternatif akım devrelerinde reaktansla ilgili olaylar çok daha çeşitlidir. Bunlar yalnızca akımın belirli bir kesitten fiili geçişine değil, aynı zamanda iletkenin şekline de bağlıdır ve bağımlılık doğrusal değildir.

Gerçek şu ki, alternatif akım hem içinden aktığı iletkenin çevresinde hem de iletkenin kendisinde bir elektrik alanı indükler. Ve bu alandan, iletkenin tüm kesitinin derinliklerinden yüzeyine, yüklerin gerçek ana hareketini “itme” etkisini veren, “cilt etkisi” olarak adlandırılan girdap akımları ortaya çıkar. cilt - cilt). Girdap akımlarının iletkenin kesitini "çaldığı" ortaya çıktı. Akım yüzeye yakın belirli bir katmanda akar, iletkenin kalan kalınlığı kullanılmadan kalır, direncini azaltmaz ve iletkenlerin kalınlığını arttırmanın hiçbir anlamı yoktur. Özellikle yüksek frekanslarda. Bu nedenle, alternatif akım için, tüm bölümünün yüzeye yakın olarak kabul edilebileceği iletkenlerin bu tür bölümlerinde direnç ölçülür. Böyle bir tele ince denir; kalınlığı, girdap akımlarının iletken içinde akan faydalı ana akımı değiştirdiği bu yüzey katmanının iki katı derinliğine eşittir.

Elbette yuvarlak tellerin kalınlığının azaltılması, alternatif akımın etkili iletimini tüketmez. İletken inceltilebilir, ancak aynı zamanda bant şeklinde düz hale getirildiğinde kesit yuvarlak telden daha yüksek olacak ve buna göre direnç daha düşük olacaktır. Ek olarak, yüzey alanının basitçe arttırılması, etkin kesitin arttırılması etkisine sahip olacaktır. Aynı şey, tek damarlı yerine çok damarlı tel kullanılarak da elde edilebilir; ayrıca, çok damarlı tel, tek damarlı telden daha esnektir ve bu genellikle değerlidir. Öte yandan, tellerdeki yüzey etkisi dikkate alındığında, çekirdeğin çelik gibi iyi mukavemet özelliklerine sahip ancak elektriksel özellikleri düşük bir metalden yapılmasıyla tellerin kompozit hale getirilmesi mümkündür. Bu durumda çeliğin üzerine direnci daha düşük olan bir alüminyum örgü yapılır.

Deri etkisine ek olarak iletkenlerdeki alternatif akımın akışı, çevredeki iletkenlerdeki girdap akımlarının uyarılmasından da etkilenir. Bu tür akımlara endüksiyon akımları denir ve hem kablolama rolünü oynamayan metallerde (yük taşıyan yapısal elemanlar) hem de tüm iletken kompleksin tellerinde - diğer fazların tellerinin rolünü oynayarak, nötr olarak indüklenirler. , topraklama.

Tüm bu olaylar tüm elektriksel yapılarda meydana gelir ve bu da çok çeşitli malzemeler için kapsamlı bir referansa sahip olmayı daha da önemli hale getirir.

İletkenlerin direnci çok hassas ve hassas cihazlarla ölçülür, çünkü kablolama için en düşük dirence sahip metaller seçilir - metre uzunluk ve m2 başına ohm * 10 -6 mertebesinde. mm. bölümler. Yalıtım direncini ölçmek için, tam tersine, çok büyük direnç değerleri aralığına (genellikle megohm) sahip cihazlara ihtiyacınız vardır. İletkenlerin iyi iletken olması, yalıtkanların da iyi yalıtkan olması gerektiği açıktır.

Masa

Elektrik mühendisliğinde iletken olarak demir

Demir, doğadaki ve teknolojideki en yaygın metaldir (yine bir metal olan hidrojenden sonra). En ucuzudur ve mükemmel mukavemet özelliklerine sahiptir, bu nedenle her yerde çeşitli yapıların mukavemetinin temeli olarak kullanılır.

Elektrik mühendisliğinde demir, fiziksel güç ve esnekliğin gerekli olduğu esnek çelik teller halinde iletken olarak kullanılmakta ve uygun kesit sayesinde gerekli direnç sağlanabilmektedir.

Çeşitli metal ve alaşımların direnç tablosuna sahip olarak farklı iletkenlerden yapılmış tellerin kesitlerini hesaplayabilirsiniz.

Örnek olarak, farklı malzemelerden yapılmış iletkenlerin elektriksel olarak eşdeğer kesitini bulmaya çalışalım: bakır, tungsten, nikel ve demir tel. İlk olarak 2,5 mm kesitli alüminyum teli alalım.

Tüm bu metallerden yapılmış telin direncinin 1 m'lik bir uzunluk boyunca orijinalinin direncine eşit olmasına ihtiyacımız var. Alüminyumun 1 m uzunluk ve 2,5 mm kesit başına direnci şuna eşit olacaktır:

Nerede R- rezistans, ρ – metalin tabladaki direnci, S– kesit alanı, L- uzunluk.

Orijinal değerleri değiştirerek, bir metre uzunluğundaki alüminyum tel parçasının direncini ohm cinsinden elde ederiz.

Daha sonra S formülünü çözelim.

Tablodaki değerleri yerine koyacağız ve farklı metaller için kesit alanlarını elde edeceğiz.

Tablodaki direnç 1 m uzunluğunda bir tel üzerinde 1 mm2 bölüm başına mikroohm cinsinden ölçüldüğünden, bunu mikroohm cinsinden aldık. Ohm cinsinden elde etmek için değeri 10-6 ile çarpmanız gerekir. Ancak nihai sonucu hala mm2 cinsinden bulduğumuz için, virgülden sonra 6 sıfırla ohm sayısını almamız gerekmiyor.

Gördüğünüz gibi demirin direnci oldukça yüksek, teli kalın.

Ancak nikel veya konstantan gibi daha da büyük olduğu malzemeler var.

Elektrik mühendisliğinde kullanılan fiziksel niceliklerden biri elektriksel dirençtir. Alüminyumun direnci göz önüne alındığında, bu değerin, bir maddenin içinden elektrik akımının geçişini önleme yeteneğini karakterize ettiği unutulmamalıdır.

Direnç Kavramları

Özgül direncin karşısındaki değere özgül iletkenlik veya elektrik iletkenliği denir. Sıradan elektrik direnci yalnızca bir iletkenin karakteristiğidir ve spesifik elektrik direnci yalnızca belirli bir maddenin karakteristiğidir.

Kural olarak bu değer homojen yapıya sahip bir iletken için hesaplanır. Elektriksel homojen iletkenleri belirlemek için formül kullanılır:

Bu miktarın fiziksel anlamı, belirli birim uzunluk ve kesit alanına sahip homojen bir iletkenin belirli bir direncinde yatmaktadır. Ölçü birimi SI birimi Om.m veya sistem dışı birim Om.mm2/m'dir. Son birim, 1 m uzunluğunda, 1 mm2 kesit alanına sahip, homojen bir maddeden yapılmış bir iletkenin 1 Ohm dirence sahip olacağı anlamına gelir. Böylece herhangi bir maddenin direnci, kesiti 1 mm2 olacak olan 1 m uzunluğunda bir elektrik devresinin bir bölümü kullanılarak hesaplanabilir.

Farklı metallerin direnci

Her metalin kendine has özellikleri vardır. Örneğin alüminyumun direncini bakırla karşılaştırırsak bakır için bu değerin 0,0175 Ohm.mm2/m, alüminyum için ise 0,0271 Ohm.mm2/m olduğunu not edebiliriz. Bu nedenle alüminyumun direnci bakırınkinden önemli ölçüde daha yüksektir. Bundan, elektrik iletkenliğinin alüminyumdan çok daha yüksek olduğu sonucu çıkar.

Metallerin direnç değeri bazı faktörlerden etkilenir. Örneğin deformasyon sırasında kristal kafesin yapısı bozulur. Ortaya çıkan kusurlardan dolayı iletken içindeki elektronların geçişine karşı direnç artar. Bu nedenle metalin direnci artar.

Sıcaklığın da etkisi vardır. Isıtıldığında kristal kafesin düğümleri daha güçlü titremeye başlar, böylece direnç artar. Şu anda, yüksek direnç nedeniyle, alüminyum tellerin yerini yaygın olarak daha yüksek iletkenliğe sahip bakır teller almaktadır.