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

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

Видове съпротивление

Тъй като възниква съпротива:

  • активен - или омичен, резистивен - в резултат на разхода на електроенергия за нагряване на проводника (метал) при преминаване през него електрически ток, И
  • реактивен - капацитивен или индуктивен - който възниква от неизбежните загуби поради създаването на всякакви промени в тока, преминаващ през проводника на електрически полета, тогава съпротивлението на проводника се предлага в две разновидности:
  1. Специфично електрическо съпротивление на постоянен ток (с резистивен характер) и
  2. Специфично електрическо съпротивление на променлив ток (с реактивен характер).

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

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

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

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

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

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

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

Таблица

Таблица на съпротивлението на проводници (метали и сплави)

Материал на проводника

Състав (за сплави)

Съпротивление ρ mΩ × mm 2/m

мед, цинк, калай, никел, олово, манган, желязо и др.

Алуминий

Волфрам

Молибден

мед, калай, алуминий, силиций, берилий, олово и др. (с изключение на цинк)

желязо, въглерод

мед, никел, цинк

Манганин

мед, никел, манган

Константан

мед, никел, алуминий

никел, хром, желязо, манган

желязо, хром, алуминий, силиций, манган

Желязото като проводник в електротехниката

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

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

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

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

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

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

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

След това нека решим формулата за S

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

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

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

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

Въпреки че тази темаможе да изглежда напълно банално, в него ще отговоря на един много важен въпрос относно изчисляването на загубата на напрежение и изчисляването на токовете на късо съединение. Мисля, че това ще бъде същото откритие за много от вас, както беше за мен.

Наскоро проучих един много интересен GOST:

GOST R 50571.5.52-2011 Електрически инсталации ниско напрежение. Част 5-52. Избор и монтаж на ел. оборудване. Електрическа инсталация.

Този документ предоставя формула за изчисляване на загубата на напрежение и гласи:

p е съпротивлението на проводниците при нормални условия, взето равно на съпротивлението при температура при нормални условия, т.е. 1,25 съпротивление при 20 °C или 0,0225 Ohm mm 2 /m за мед и 0,036 Ohm mm 2 /m за алуминий;

Нищо не разбрах =) Очевидно, когато изчисляваме загубата на напрежение и когато изчисляваме токовете на късо съединение, трябва да вземем предвид съпротивлението на проводниците, както при нормални условия.

Струва си да се отбележи, че всички стойности на таблицата са дадени при температура от 20 градуса.

Какви са нормалните условия? Мислех, че 30 градуса по Целзий.

Нека си спомним физиката и изчислим при каква температура съпротивлението на медта (алуминия) ще се увеличи 1,25 пъти.

R1=R0

R0 – устойчивост при 20 градуса по Целзий;

R1 - съпротивление при Т1 градуса по Целзий;

T0 - 20 градуса по Целзий;

α=0,004 на градус Целзий (медта и алуминият са почти еднакви);

1,25=1+α (T1-T0)

Т1=(1,25-1)/ α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 градуса по Целзий.

Както виждате, това изобщо не са 30 градуса. Очевидно всички изчисления трябва да се извършват максимално допустими температурикабели Максималната работна температура на кабела е 70-90 градуса в зависимост от вида на изолацията.

Честно казано, не съм съгласен с това, защото... дадена температураотговаря на почти авариен режим на електрическата инсталация.

В моите програми задавам съпротивлението на медта като 0,0175 Ohm mm 2 /m, а за алуминия като 0,028 Ohm mm 2 /m.

Ако си спомняте, писах, че в моята програма за изчисляване на токове на късо съединение резултатът е приблизително 30% по-малък от стойностите в таблицата. Там съпротивлението на веригата фаза-нула се изчислява автоматично. Опитах се да намеря грешката, но не успях. Очевидно неточността на изчислението се крие в използваното в програмата съпротивление. И всеки може да попита за съпротивлението, така че не трябва да има въпроси относно програмата, ако посочите съпротивлението от горния документ.

Но най-вероятно ще трябва да направя промени в програмите за изчисляване на загубите на напрежение. Това ще доведе до 25% увеличение на резултатите от изчислението. Въпреки че в програмата ELECTRIC загубите на напрежение са почти същите като моите.

Ако за първи път сте в този блог, можете да видите всичките ми програми на страницата

Според вас при каква температура трябва да се изчисляват загубите на напрежение: при 30 или 70-90 градуса? Има ли нормативни документикой ще отговори на този въпрос?

Веществата и материалите, способни да провеждат електрически ток, се наричат ​​проводници. Останалите се класифицират като диелектрици. Но няма чисти диелектрици; всички те също провеждат ток, но неговата величина е много малка.

Но проводниците също провеждат ток по различен начин. Според формулата на Георг Ом токът, протичащ през проводник, е линейно пропорционален на големината на приложеното към него напрежение и обратно пропорционален на величина, наречена съпротивление.

Единицата за измерване на съпротивлението е наречена Ом в чест на учения, открил тази връзка. Но се оказа, че проводниците, изработени от различни материали и имащи еднакви геометрични размери, имат различно електрическо съпротивление. За да се определи съпротивлението на проводник с известна дължина и напречно сечение, беше въведена концепцията за съпротивление - коефициент, който зависи от материала.


В резултат на това съпротивлението на проводник с известна дължина и напречно сечение ще бъде равно на


Съпротивлението се отнася не само за твърди материали, но и за течности. Но неговата стойност също зависи от примесите или други компоненти в изходния материал. Чиста водане провежда електрически ток, тъй като е диелектрик. Но дестилирана вода не съществува в природата, тя винаги съдържа соли, бактерии и други примеси. Този коктейл е проводник на електрически ток със съпротивление.


Чрез въвеждане на различни добавки в металите се получават нови материали - сплави, чието съпротивление се различава от това на оригиналния материал, дори ако процентното добавяне към него е незначително.

Зависимост на съпротивлението от температурата

Съпротивленията на материалите са дадени в справочници за температури, близки до стайната (20 °C). С повишаване на температурата устойчивостта на материала се увеличава. защо се случва това

Вътре в материала се провежда електрически ток свободни електрони. Те са под влияние електрическо полесе отделят от своите атоми и се движат между тях в посоката, определена от това поле. Атомите на дадено вещество образуват кристална решетка, между възлите на която се движи поток от електрони, наричан още „електронен газ“. Под въздействието на температурата възлите на решетката (атомите) вибрират. Самите електрони също не се движат по права линия, а по сложен път. В същото време те често се сблъскват с атоми, променяйки траекторията си. В някои моменти от времето електроните могат да се движат в посока, обратна на посоката на електрическия ток.

С повишаване на температурата амплитудата на атомните вибрации се увеличава. Сблъсъкът на електрони с тях се случва по-често, движението на потока от електрони се забавя. Физически това се изразява в увеличаване на съпротивлението.

Пример за използване на зависимостта на съпротивлението от температурата е работата на лампа с нажежаема жичка. Волфрамовата спирала, от която е направена нишката, има ниско съпротивление в момента на включване. Прилив на ток в момента на включване бързо го загрява, съпротивлението се увеличава и токът намалява, ставайки номинален.

Същият процес се случва с нихромовите нагревателни елементи. Следователно е невъзможно да се изчисли режимът им на работа чрез определяне на дължината на нихромовия проводник с известно напречно сечение, за да се създаде необходимото съпротивление. За изчисления се нуждаете от съпротивлението на нагрятия проводник, а справочниците дават стойности за стайна температура. Следователно крайната дължина на нихромовата спирала се регулира експериментално. Изчисленията определят приблизителната дължина и при регулиране постепенно съкращавайте нишката секция по секция.

Температурен коефициент на съпротивление

Но не във всички устройства наличието на зависимост на съпротивлението на проводника от температурата е от полза. В измервателната техника промяната на съпротивлението на елементите на веригата води до грешка.

За количествено определяне на зависимостта на съпротивлението на материала от температурата, концепцията температурен коефициент на съпротивление (TCR). Той показва колко се променя съпротивлението на даден материал, когато температурата се промени с 1°C.

За производството на електронни компоненти - резистори, използвани в схемите на измервателната апаратура, се използват материали с нисък TCR. Те са по-скъпи, но параметрите на устройството не се променят в широк температурен диапазон среда.

Но се използват и свойствата на материали с висок TCS. Работата на някои температурни сензори се основава на промени в съпротивлението на материала, от който е направен измервателният елемент. За да направите това, трябва да поддържате стабилно захранващо напрежение и да измервате тока, преминаващ през елемента. Чрез калибриране на скалата на уреда, който измерва тока спрямо стандартен термометър, се получава електронен измервател на температурата. Този принцип се използва не само за измервания, но и за сензори за прегряване. Изключване на устройството при възникване на необичайни работни условия, водещи до прегряване на намотките на трансформатори или силови полупроводникови елементи.

В електротехниката се използват и елементи, които променят съпротивлението си не от температурата на околната среда, а от тока през тях - термистори. Пример за тяхното използване са системите за размагнитване катодно-лъчеви тръбителевизори и монитори. При подаване на напрежение съпротивлението на резистора е минимално и токът преминава през него в размагнитващата намотка. Но същият ток загрява материала на термистора. Неговото съпротивление се увеличава, намалявайки тока и напрежението в намотката. И така докато изчезне напълно. В резултат на това към бобината се прилага синусоидално напрежение с плавно намаляваща амплитуда, което създава същото магнитно поле в нейното пространство. Резултатът е, че докато нишката на тръбата се загрее, тя вече е демагнетизирана. И контролната верига остава заключена, докато устройството не бъде изключено. Тогава термисторите ще се охладят и ще бъдат готови за работа отново.

Феноменът на свръхпроводимостта

Какво се случва, ако температурата на материала се намали? Съпротивлението ще намалее. Има граница, до която температурата се понижава, т.нар абсолютна нула . това - 273°С. Няма температури под тази граница. При тази стойност съпротивлението на всеки проводник е нула.

При абсолютна нулаатомите на кристалната решетка спират да вибрират. В резултат на това електронният облак се движи между възлите на решетката, без да се сблъсква с тях. Съпротивлението на материала става нула, което отваря възможността за получаване на безкрайно големи токове в проводници с малки напречни сечения.

Феноменът на свръхпроводимостта открива нови хоризонти за развитието на електротехниката. Но все още има трудности, свързани с получаването в домашни условия на свръхниските температури, необходими за създаване на този ефект. Когато проблемите се решат, електротехниката ще премине към ново ниворазвитие.

Примери за използване на стойности на съпротивление в изчисленията

Вече се запознахме с принципите за изчисляване на дължината на нихромовата тел за направата на нагревателен елемент. Но има и други ситуации, при които е необходимо познаване на съпротивлението на материалите.

За изчисление контури на заземителни устройстваизползвани са коефициенти, съответстващи на типичните почви. Ако типът на почвата на мястото на заземяващия контур е неизвестен, тогава за правилни изчисления първо се измерва нейното съпротивление. По този начин резултатите от изчисленията са по-точни, което елиминира необходимостта от настройка на параметрите на веригата по време на производството: добавяне на броя на електродите, което води до увеличаване на геометричните размери на заземяващото устройство.


Съпротивлението на материалите, от които са направени кабелните линии и шини, се използва за изчисляване на тяхното активно съпротивление. Впоследствие, при номиналния ток на натоварване, го използвайте изчислява се стойността на напрежението в края на линията. Ако стойността му се окаже недостатъчна, тогава напречното сечение на проводниците се увеличава предварително.

14.04.2018

Проводниците от мед, алуминий, техните сплави и желязо (стомана) се използват като проводящи части в електрическите инсталации.

Медта е един от най-добре проводимите материали. Плътността на медта при 20 ° C е 8,95 g / cm 3, точката на топене е 1083 ° C. Медта е слабо химически активна, но лесно се разтваря в азотна киселина, а в разредена солна и сярна киселина се разтваря само в присъствието на. окислители (кислород). Във въздуха медта бързо се покрива с тънък слой тъмен оксид, но това окисление не прониква дълбоко в метала и служи като защита срещу по-нататъшна корозия. Медта се поддава добре на коване и валцуване без нагряване.

За производство се използва електролитна медв слитъци, съдържащи 99,93% чиста мед.

Електропроводимостта на медта силно зависи от количеството и вида на примесите и в по-малка степен от механичната и термична обработка.

при 20°C е 0,0172-0,018 ohm x mm2/m.

За производството на проводници се използва мека, полутвърда или твърда мед със специфично тегло съответно 8,9, 8,95 и 8,96 g/cm3. Той се използва широко за производството на части под напрежение.мед в сплави с други метали

. Най-широко използвани са следните сплави. Месингът е сплав от мед и цинк, съдържаща най-малко 50% мед в сплавта, с добавяне на други метали. месинг 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Има месинг - томбак със съдържание на мед над 72% (има висока пластичност, антикорозионни и антифрикционни свойства) и

специален месинг с добавка на алуминий, калай, олово или манган.

Бронзът е сплав от мед и калай с добавки от различни метали. В зависимост от съдържанието на основния компонент на бронза в сплавта, те се наричат ​​калай, алуминий, силиций, фосфор и кадмий. Бронзово съпротивление 0,021 - 0,052 ома x mm 2 /m.

Месингът и бронзът имат добри механични и физични и химични свойства. Лесно се обработват чрез леене и шприцване и са устойчиви на атмосферна корозия.

Алуминий - според качествата му втори проводящ материал след медта.Точка на топене 659,8° С. Плътността на алуминия при температура 20° е 2,7 g/cm3. Алуминият е лесен за отливане и лесен за обработка. При температура 100 - 150 ° C алуминият е ковък и пластичен (може да се навива на листове с дебелина до 0,01 mm).

Електрическата проводимост на алуминия силно зависи от примесите и малко от механичната и термичната обработка. Колкото по-чист е съставът на алуминия, толкова по-висока е неговата електропроводимост и по-добра устойчивост на химични влияния. Обработката, валцуването и отгряването значително влияят върху механичната якост на алуминия. Студената обработка на алуминия увеличава неговата твърдост, еластичност и якост на опън. Алуминиево съпротивлениепри 20° C 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 /m.

При замяна на медта с алуминий напречното сечение на проводника трябва да се увеличи по отношение на проводимостта, т.е. с 1,63 пъти.

При еднаква проводимост алуминиевият проводник ще бъде 2 пъти по-лек от медния.

За производството на проводници се използва алуминий, съдържащ най-малко 98% чист алуминий, силиций не повече от 0,3%, желязо не повече от 0,2%

За производството на части от тоководещи части те използват алуминиеви сплави с други метали, например: Duralumin - сплав от алуминий с мед и манган.

Силуминът е лека леярска сплав, изработена от алуминий с добавка на силиций, магнезий и манган.

Алуминиевите сплави имат добри леярски свойства и висока механична якост.

Следните са най-широко използвани в електротехниката: алуминиеви сплави:

Алуминиева деформируема сплав от клас AD със съдържание на алуминий най-малко 98,8 и други примеси до 1,2.

Алуминиева деформируема сплав от клас AD1 със съдържание на алуминий най-малко 99,3 n и други примеси до 0,7.

Алуминиева деформируема сплав AD31, съдържаща алуминий 97,35 - 98,15 и други примеси 1,85 -2,65.

Сплави от степени AD и AD1 се използват за производството на корпуси и матрици на хардуерни скоби. Сплавта клас AD31 се използва за направата на профили и шини, използвани за електрически проводници.

В резултат на топлинна обработка продуктите от алуминиеви сплави придобиват висока якост и граници на провлачване (пълзене).

Желязо - точка на топене 1539°C. Плътността на желязото е 7,87. Желязото се разтваря в киселини и се окислява от халогени и кислород.

В електротехниката се използват различни видове стомана, например:

Въглеродните стомани са ковки сплави на желязо с въглерод и други металургични примеси.

Съпротивлението на въглеродните стомани е 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Легираните стомани са сплави с добавки от хром, никел и други елементи, добавени към въглеродната стомана.

Стоманите имат добри свойства.

Следните са широко използвани като добавки в сплави, както и за производството на спойки и производството на проводими метали:

Кадмият е ковък метал. Точката на топене на кадмия е 321°C. Съпротивление 0,1 ohm x mm 2 /m. В електротехниката кадмият се използва за приготвяне на нискотопими припои и за защитни покрития (кадмиево покритие) върху метални повърхности. По своите антикорозионни свойства кадмият се доближава до цинка, но кадмиевите покрития са по-малко порьозни и се нанасят в по-тънък слой от цинка.

Никел - точка на топене 1455°C. Съпротивление на никел 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. При обикновени температури не се окислява от атмосферния кислород. Никелът се използва в сплави и за защитно покритие (никелиране) на метални повърхности.

Калай - точка на топене 231,9°C. Съпротивлението на калай е 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Калайът се използва за спояване на защитното покритие (калайдиране) на метали в чист вид и под формата на сплави с други метали.

Олово - точка на топене 327,4°C. Специфично съпротивление 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Оловото се използва в сплави с други метали като киселиноустойчив материал. Добавя се към сплави за запояване (припои).

Среброто е много ковък, ковък метал. Точката на топене на среброто е 960,5°C. Среброто е най-добрият проводник на топлина и електрически ток.Съпротивлението на среброто е 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 /m. Среброто се използва за защитно покритие (посребряване) на метални повърхности.

Антимонът е лъскав, чуплив метал с точка на топене 631°C. Антимонът се използва като добавка в сплави за запояване (припои).

Хромът е твърд, лъскав метал. Точка на топене 1830°C. На въздух при нормална температура не се променя. Съпротивлението на хрома е 0,026 ohm x mm 2 /m. Хромът се използва в сплави и за защитно покритие (хромиране) на метални повърхности.

Цинк - точка на топене 419,4°C. Съпротивление на цинк 0,053 - 0,062 ома x mm 2 /m. Във влажен въздух цинкът се окислява, покривайки се със слой оксид, който предпазва от последващи химични влияния. В електротехниката цинкът се използва като добавки в сплави и припои, както и за защитно покритие (поцинковане) на повърхностите на метални части.

Веднага след като електричеството напусна лабораториите на учените и започна да се въвежда широко в практиката ежедневието, възникна въпросът за търсене на материали, които имат определени, понякога напълно противоположни характеристики по отношение на протичането на електрически ток през тях.

Например при прехвърляне електрическа енергияна дълги разстояния материалът на проводника беше обект на изисквания за минимизиране на загубите, дължащи се на нагряване на Джаул в комбинация с характеристики с ниско тегло. Пример за това са познатите високоволтови електропроводи от алуминиеви проводници със стоманена сърцевина.

Или, обратно, за създаване на компактни тръбни електрически нагреватели са необходими материали с относително високо електрическо съпротивление и висока термична стабилност. Най-простият пример за устройство, което използва материали с подобни свойства, е горелката на обикновена кухненска електрическа печка.

Проводниците, използвани в биологията и медицината като електроди, сонди и сонди, изискват висока химическа устойчивост и съвместимост с биоматериали, съчетани с ниско контактно съпротивление.

Цяла плеяда изобретатели от различни държави: Англия, Русия, Германия, Унгария и САЩ. Томас Едисън, след като проведе повече от хиляда експеримента, тествайки свойствата на материалите, подходящи за ролята на нишки, създаде лампа с платинена спирала. Лампите на Едисън, въпреки че имаха дълъг експлоатационен живот, не бяха практични поради високата цена на изходния материал.

Последвалата работа на руския изобретател Лодигин, който предложи използването на сравнително евтин, огнеупорен волфрам и молибден с по-високо съпротивление като нишковидни материали, установи практическо приложение. Освен това Лодигин предложи изпомпване на въздуха от цилиндрите на лампата с нажежаема жичка, замяната му с инертни или благородни газове, което доведе до създаването на модерни лампи с нажежаема жичка. Пионерът в масовото производство на достъпни и издръжливи електрически лампи беше компанията General Electric, на която Лодигин прехвърли правата върху своите патенти и след това дълго време успешно работи в лабораториите на компанията.

Този списък може да бъде продължен, тъй като любознателният човешки ум е толкова изобретателен, че понякога може да реши определено технически проблемтой се нуждае от материали с невиждани досега свойства или с невероятни комбинации от тези свойства. Природата вече не може да се справи с нашите апетити и учени от цял ​​свят се включиха в надпреварата за създаване на материали, които нямат естествени аналози.

Това е умишленото свързване на корпус или корпус на електрически устройства със защитно заземително устройство. Обикновено заземяването се извършва под формата на стоманени или медни ленти, тръби, пръти или ъгли, заровени в земята на дълбочина повече от 2,5 метра, които в случай на авария осигуряват протичането на ток по веригата - корпус или корпус - земя - неутрален проводник на източника на променлив ток. Съпротивлението на тази верига трябва да бъде не повече от 4 ома. В този случай напрежението върху тялото на аварийното устройство се намалява до стойности, безопасни за хората, и автоматичните защитни устройства електрическа веригапо един или друг начин да деактивирате аварийното устройство.

При изчисляването на защитните заземителни елементи важна роля играе познаването на съпротивлението на почвите, което може да варира в широки граници.

В съответствие с данните в референтните таблици се избира площта на заземяващото устройство, от него се изчислява броят на заземяващите елементи и действителният дизайн на цялото устройство. Конструктивните елементи на защитното заземително устройство са свързани чрез заваряване.

Електрическа томография

Електроразведката изучава близката до повърхността геоложка среда и се използва за търсене на рудни и неметални полезни изкопаеми и други обекти въз основа на изследването на различни изкуствени електрически и електромагнитни полета. Специален случай на електропроучване е електрорезистивната томография – метод за определяне на свойствата скалиспоред тяхната специфична устойчивост.

Същността на метода е, че при определено положение на източника на електрическо поле се правят измервания на напрежението на различни сонди, след което източникът на поле се премества на друго място или се превключва към друг източник и измерванията се повтарят. Полеви източници и полеви приемни сонди се поставят на повърхността и в кладенци.

След това получените данни се обработват и интерпретират с помощта на съвременни компютърни методи за обработка, които позволяват визуализирането на информация под формата на двуизмерни и триизмерни изображения.

Като много точен метод за търсене, електрическата томография оказва неоценима помощ на геолози, археолози и палеозоолози.

Определянето на формата на поява на минерални находища и границите на тяхното разпространение (очертаване) дава възможност да се идентифицира появата на венозни находища на минерали, което значително намалява разходите за тяхното последващо развитие.

За археолозите този метод на търсене предоставя ценна информация за местоположението на древните погребения и наличието на артефакти в тях, като по този начин намалява разходите за разкопки.

Палеозоолозите използват електрическа томография, за да търсят вкаменени останки от древни животни; резултатите от тяхната работа могат да се видят в музеите природни наукипод формата на зашеметяващи реконструкции на скелети на праисторическа мегафауна.

Освен това електрическата томография се използва при изграждането и последващата експлоатация на инженерни съоръжения: високи сгради, язовири, диги, насипи и други.

Дефиниции на съпротивлението в практиката

Понякога, за да решим практически проблеми, може да се сблъскаме със задачата да определим състава на вещество, например тел за рязане на пенополистирол. Имаме две намотки тел с подходящ диаметър от различни непознати за нас материали. За да се реши проблемът, е необходимо да се намери тяхното електрическо съпротивление и след това, като се използва разликата в намерените стойности или с помощта на справочна таблица, да се определи материалът на проводника.

Измерваме с рулетка и изрязваме 2 метра тел от всяка проба. Нека определим диаметрите на проводниците d₁ и d₂ с микрометър. След като включим мултиметъра до долната граница на измерване на съпротивлението, измерваме съпротивлението на пробата R₁. Повтаряме процедурата за друг образец и също измерваме неговото съпротивление R₂.

Нека вземем предвид, че площта на напречното сечение на проводниците се изчислява по формулата

S = π ∙ d 2 /4

Сега формулата за изчисляване на електрическото съпротивление ще изглежда така:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Замествайки получените стойности на L, d₁ и R₁ във формулата за изчисляване на съпротивлението, дадена в статията по-горе, изчисляваме стойността на ρ₁ за първата проба.

ρ 1 = 0,12 ома mm 2 /m

Замествайки получените стойности на L, d₂ и R₂ във формулата, изчисляваме стойността на ρ₂ за втората проба.

ρ 2 = 1,2 ома mm 2 /m

От сравнение на стойностите на ρ₁ и ρ₂ с референтните данни в таблица 2 по-горе, заключаваме, че материалът на първата проба е стомана, а втората е нихром, от който ще направим режещата струна.

Те наричат ​​способността на метала да пропуска зареден ток през себе си. От своя страна устойчивостта е една от характеристиките на материала. Колкото по-голямо е електрическото съпротивление при дадено напрежение, толкова по-малко ще бъде то характеризира силата на съпротивление на проводника към движението на заредени електрони, насочени по него. Тъй като свойството за предаване на електричество е реципрочното на съпротивлението, това означава, че то ще бъде изразено под формата на формули като отношение 1/R.

Съпротивлението винаги зависи от качеството на материала, използван при производството на устройства. Измерва се въз основа на параметрите на проводник с дължина 1 метър и площ на напречното сечение 1 квадратен милиметър. Например специфичното свойство на съпротивление за мед винаги е равно на 0,0175 Ohm, за алуминий - 0,029, желязо - 0,135, константан - 0,48, нихром - 1-1,1. Съпротивлението на стоманата е равно на числото 2*10-7 Ohm.m

Съпротивлението на тока е право пропорционално на дължината на проводника, по който се движи. Колкото по-дълго е устройството, толкова по-голямо е съпротивлението. Ще бъде по-лесно да разберете тази връзка, ако си представите две въображаеми двойки съдове, комуникиращи един с друг. Нека свързващата тръба остане по-тънка за едната двойка устройства и по-дебела за другата. Когато и двете двойки са пълни с вода, прехвърлянето на течност през дебела тръба ще бъде много по-бързо, тъй като ще има по-малко съпротивление на потока вода. По тази аналогия за него е по-лесно да премине по дебел проводник, отколкото по тънък.

Съпротивлението, като единица SI, се измерва с Ohm.m. Проводимостта зависи от средната дължина на свободния полет на заредените частици, която се характеризира със структурата на материала. Метали без примеси, които имат най-правилно най-малки стойностипротиводействие. Обратно, примесите изкривяват решетката, като по този начин повишават нейната производителност. Съпротивлението на металите се намира в тесен диапазон от стойности при нормална температура: от сребро от 0,016 до 10 μOhm.m (сплави на желязо и хром с алуминий).

За характеристиките на движението на заредените

електроните в проводник се влияят от температурата, тъй като с нейното увеличаване амплитудата на вълновите трептения на съществуващите йони и атоми се увеличава. В резултат на това електроните имат по-малко свободно пространство за нормално движение в кристалната решетка. Това означава, че препятствието за организирано движение се увеличава. Съпротивлението на всеки проводник, както обикновено, нараства линейно с повишаване на температурата. Полупроводниците, напротив, се характеризират с намаляване с увеличаване на градуса, тъй като това води до освобождаване на много заряди, които директно създават електрически ток.

Процесът на охлаждане на някои метални проводници до желаната температура довежда тяхното съпротивление до рязко състояние и пада до нула. Това явление е открито през 1911 г. и е наречено свръхпроводимост.

Електрическо съпротивление -физическа величина, която показва какъв вид препятствие се създава от тока, докато преминава през проводника. Мерните единици са омове в чест на Георг Ом. В своя закон той извежда формула за намиране на съпротивление, която е дадена по-долу.

Нека разгледаме съпротивлението на проводниците, използвайки метали като пример. Металите имат вътрешна структурапод формата на кристална решетка. Тази решетка има строг ред и нейните възли са положително заредени йони. Носителите на заряд в метала са „свободни“ електрони, които не принадлежат към конкретен атом, но се движат произволно между местата на решетката. От квантовата физика е известно, че движението на електрони в метал е разпространението на електромагнитна вълна в твърдо тяло. Тоест електронът в проводник се движи със скоростта на светлината (на практика) и е доказано, че проявява свойства не само като частица, но и като вълна. И съпротивлението на метала възниква в резултат на разсейване електромагнитни вълни(тоест електрони) върху топлинните вибрации на решетката и нейните дефекти. Когато електрони се сблъскат с възли на кристална решетка, част от енергията се прехвърля към възлите, в резултат на което се освобождава енергия. Тази енергия може да се изчисли при постоянен ток, благодарение на закона на Джаул-Ленц - Q=I 2 Rt. Както можете да видите, колкото по-голямо е съпротивлението, толкова повече енергия се освобождава.

Съпротивление

Има такава важна концепция като съпротивление, това е същото съпротивление, само в единица дължина. Всеки метал има свой собствен, например за мед е 0,0175 Ohm*mm2/m, за алуминий е 0,0271 Ohm*mm2/m. Това означава, че меден прът с дължина 1 m и площ на напречното сечение от 1 mm2 ще има съпротивление от 0,0175 Ohm, а същият прът, но изработен от алуминий, ще има съпротивление от 0,0271 Ohm. Оказва се, че електропроводимостта на медта е по-висока от тази на алуминия. Всеки метал има свое специфично съпротивление и съпротивлението на целия проводник може да се изчисли с помощта на формулата

Къде стр– съпротивление на метала, l – дължина на проводника, s – площ на напречното сечение.

Стойностите на съпротивлението са дадени в таблица за метално съпротивление(20°C)

вещество

стр, Ohm*mm 2 /2

α,10 -3 1/K

Алуминий

0.0271

Волфрам

0.055

Желязо

0.098

злато

0.023

Месинг

0.025-0.06

Манганин

0.42-0.48

0,002-0,05

Мед

0.0175

никел

Константан

0.44-0.52

0.02

нихром

0.15

Сребро

0.016

Цинк

0.059

В допълнение към съпротивлението, таблицата съдържа повече за този коефициент малко по-късно.

Зависимост на съпротивлението от деформация

По време на студено формоване на метали, металът изпитва пластична деформация. По време на пластичната деформация кристалната решетка се изкривява и броят на дефектите се увеличава. С увеличаване на дефектите на кристалната решетка, съпротивлението на потока от електрони през проводника се увеличава, следователно съпротивлението на метала се увеличава. Например, телта се прави чрез изтегляне, което означава, че металът претърпява пластична деформация, в резултат на което съпротивлението се увеличава. На практика рекристализацията се използва за намаляване на съпротивлението; процес, след което кристалната решетка сякаш се „изправя“ и броят на дефектите намалява, следователно и устойчивостта на метала.

Когато се разтяга или компресира, металът изпитва еластична деформация. По време на еластична деформация, причинена от разтягане, амплитудите на топлинните вибрации на възлите на кристалната решетка се увеличават, следователно електроните изпитват големи затруднения и във връзка с това съпротивлението се увеличава. По време на еластична деформация, причинена от компресия, амплитудите на топлинните вибрации на възлите намаляват, следователно е по-лесно за електроните да се движат и съпротивлението намалява.

Влияние на температурата върху съпротивлението

Както вече разбрахме по-горе, причината за съпротивлението в метала са възлите на кристалната решетка и техните вибрации. Така че, когато температурата се повишава, топлинните вибрации на възлите се увеличават, което означава, че съпротивлението също се увеличава. Има такова количество като температурен коефициент на съпротивление(TKS), което показва колко се увеличава или намалява съпротивлението на метала при нагряване или охлаждане. Например, температурният коефициент на медта при 20 градуса по Целзий е 4.1 · 10 − 3 1/градус. Това означава, че когато например медна жица се нагрее с 1 градус по Целзий, нейното съпротивление ще се увеличи с 4.1 · 10 − 3 ома. Съпротивлението при температурни промени може да се изчисли с помощта на формулата

където r е съпротивлението след нагряване, r 0 е съпротивлението преди нагряване, a е температурният коефициент на съпротивление, t 2 е температурата преди нагряване, t 1 е температурата след нагряване.

Замествайки нашите стойности, получаваме: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm 2 /m. Както можете да видите, нашият меден прът с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm 2, след нагряване до 154 градуса, ще има същото съпротивление като същия прът, само изработен от алуминий и при температура от 20 градуса по Целзий.

Свойството за промяна на съпротивлението с температурни промени се използва в съпротивителните термометри. Тези устройства могат да измерват температура въз основа на показанията на съпротивлението. Съпротивителните термометри имат висока точност на измерване, но малки температурни диапазони.

На практика свойствата на проводниците да предотвратяват преминаванетоток се използват много широко. Пример за това е лампа с нажежаема жичка, при която волфрамова нишка се нагрява поради високата устойчивост на метала, неговата голяма дължина и тясно напречно сечение. Или всяко отоплително устройство, при което намотката се нагрява поради високо съпротивление. В електротехниката елемент, чието основно свойство е съпротивлението, се нарича резистор. Резисторът се използва в почти всяка електрическа верига.