Preto je dôležité poznať parametre všetkých použitých prvkov a materiálov. A to nielen elektrické, ale aj mechanické. A majte k dispozícii niekoľko pohodlných referenčných materiálov, ktoré vám umožnia porovnávať charakteristiky rôzne materiály a vybrať si pre dizajn a prácu presne to, čo bude optimálne v konkrétnej situácii.
V energetických prenosových vedeniach, kde je cieľom dodávať energiu spotrebiteľovi čo najproduktívnejším spôsobom, teda s vysokou účinnosťou, sa zohľadňuje tak ekonomika strát, ako aj samotná mechanika vedení. Konečný výsledok závisí od mechaniky – teda od zariadenia a usporiadania vodičov, izolátorov, podpier, stupňovitých/znižovacích transformátorov, hmotnosti a pevnosti všetkých konštrukcií, vrátane drôtov naťahovaných na veľké vzdialenosti, ako aj od materiály vybrané pre každý konštrukčný prvok. ekonomická efektívnosť linka, jej prevádzka a prevádzkové náklady. V vedeniach prenášajúcich elektrickú energiu sú navyše kladené vyššie požiadavky na zaistenie bezpečnosti ako samotných vedení, tak aj všetkého okolo nich, kadiaľ prechádzajú. A to zvyšuje náklady na zabezpečenie elektrického vedenia a na dodatočnú mieru bezpečnosti všetkých štruktúr.

Na porovnanie sú údaje zvyčajne zredukované do jednej, porovnateľnej formy. Často sa k takýmto charakteristikám pridáva epiteton „špecifický“ a samotné hodnoty sa považujú za založené na určitých štandardoch zjednotených fyzikálnymi parametrami. Napríklad elektrický odpor je odpor (ohmy) vodiča vyrobeného z nejakého kovu (meď, hliník, oceľ, volfrám, zlato) s jednotkovou dĺžkou a jednotkovým prierezom v systéme použitých meracích jednotiek (zvyčajne SI ). Okrem toho je špecifikovaná teplota, pretože pri zahrievaní sa odpor vodičov môže správať inak. Za základ sa berú bežné priemerné prevádzkové podmienky – pri 20 stupňoch Celzia. A tam, kde sú dôležité vlastnosti pri zmene parametrov prostredia (teplota, tlak), zavádzajú sa koeficienty a zostavujú sa doplnkové tabuľky a grafy závislostí.

Typy odporu

Pretože vzniká odpor:

  • aktívny - alebo ohmický, odporový - vyplývajúci z výdaja elektriny na ohrev vodiča (kovu) pri prechode cez neho elektrický prúd, A
  • reaktívny - kapacitný alebo indukčný - ku ktorému dochádza v dôsledku nevyhnutných strát v dôsledku vytvárania akýchkoľvek zmien prúdu prechádzajúceho vodičom elektrických polí, potom je rezistivita vodiča v dvoch variantoch:
  1. Špecifický elektrický odpor proti jednosmernému prúdu (má odporový charakter) a
  2. Špecifický elektrický odpor voči striedavému prúdu (má reaktívnu povahu).

Tu je rezistivita typu 2 komplexná hodnota; pozostáva z dvoch zložiek TC - aktívnej a reaktívnej, pretože odporový odpor vždy existuje pri prechode prúdu, bez ohľadu na jeho povahu, a reaktívny odpor sa vyskytuje iba pri akejkoľvek zmene prúdu v obvodoch. V jednosmerných obvodoch sa reaktancia vyskytuje iba počas prechodných procesov, ktoré sú spojené so zapnutím prúdu (zmena prúdu z 0 na nominálny) alebo vypnutím (rozdiel z nominálneho na 0). A zvyčajne sa berú do úvahy iba pri navrhovaní ochrany proti preťaženiu.

V obvodoch striedavého prúdu sú javy spojené s reaktanciou oveľa rozmanitejšie. Závisia nielen od skutočného prechodu prúdu určitým prierezom, ale aj od tvaru vodiča, pričom závislosť nie je lineárna.

Faktom je, že striedavý prúd indukuje elektrické pole ako okolo vodiča, ktorým preteká, tak aj v samotnom vodiči. A z tohto poľa vznikajú vírivé prúdy, ktoré spôsobujú efekt „vytlačenia“ skutočného hlavného pohybu nábojov, z hĺbky celého prierezu vodiča na jeho povrch, takzvaný „efekt kože“ (od r. koža - koža). Ukazuje sa, že vírivé prúdy akoby „kradli“ jeho prierez z vodiča. Prúd tečie v určitej vrstve blízko povrchu, zvyšná hrúbka vodiča zostáva nevyužitá, neznižuje jeho odpor a zväčšovať hrúbku vodičov jednoducho nemá zmysel. Najmä pri vysokých frekvenciách. Preto sa pre striedavý prúd meria odpor v takých úsekoch vodičov, kde celý jeho úsek možno považovať za blízky povrchu. Takýto drôt sa nazýva tenký, jeho hrúbka sa rovná dvojnásobku hĺbky tejto povrchovej vrstvy, kde vírivé prúdy vytláčajú užitočný hlavný prúd prúdiaci vo vodiči.

Zníženie hrúbky drôtov s okrúhlym prierezom sa samozrejme neobmedzuje na efektívnu implementáciu striedavý prúd. Vodič môže byť stenčený, ale zároveň plochý vo forme pásky, potom bude prierez väčší ako prierez okrúhleho drôtu, a preto bude odpor nižší. Navyše, jednoduché zväčšenie plochy povrchu bude mať za následok zvýšenie efektívneho prierezu. To isté sa dá dosiahnuť použitím lanka namiesto jednožilového, navyše lanko je pružnejšie ako jednožilové, čo je často cenné. Na druhej strane, berúc do úvahy povrchový efekt v drôtoch, je možné vyrobiť drôty zložené tak, že jadro sa vyrobí z kovu, ktorý má dobré pevnostné charakteristiky, napríklad oceľ, ale nízke elektrické vlastnosti. V tomto prípade je cez oceľ vyrobený hliníkový oplet, ktorý má nižší odpor.

Okrem skin efektu je tok striedavého prúdu vo vodičoch ovplyvnený budením vírivých prúdov v okolitých vodičoch. Takéto prúdy sa nazývajú indukčné prúdy a indukujú sa v kovoch, ktoré nehrajú úlohu elektroinštalácie (nosné konštrukčné prvky), ako aj v drôtoch celého vodivého komplexu - zohrávajú úlohu drôtov iných fáz, neutrálne , uzemnenie.

Všetky tieto javy sa vyskytujú vo všetkých elektrických štruktúrach, takže je ešte dôležitejšie mať komplexnú referenciu pre širokú škálu materiálov.

Odpor pre vodiče sa meria veľmi citlivými a presnými prístrojmi, pretože na zapojenie sa vyberajú kovy, ktoré majú najnižší odpor - rádovo v ohmoch * 10 -6 na meter dĺžky a štvorcových. mm. oddielov. Na meranie špecifického izolačného odporu potrebujete prístroje, naopak, ktoré majú rozsahy veľmi veľké hodnoty odpor - zvyčajne megaohmy. Je jasné, že vodiče musia dobre viesť a izolátory musia dobre izolovať.

Tabuľka

Tabuľka odporu vodičov (kovy a zliatiny)

Materiál vodiča

Zloženie (pre zliatiny)

Odpor ρ mΩ × mm2/m

meď, zinok, cín, nikel, olovo, mangán, železo atď.

hliník

Volfrám

molybdén

meď, cín, hliník, kremík, berýlium, olovo atď. (okrem zinku)

železo, uhlík

meď, nikel, zinok

manganín

meď, nikel, mangán

Constantan

meď, nikel, hliník

nikel, chróm, železo, mangán

železo, chróm, hliník, kremík, mangán

Železo ako vodič v elektrotechnike

Železo je najbežnejším kovom v prírode a technológii (po vodíku, ktorý je tiež kovom). Je najlacnejší a má vynikajúce pevnostné vlastnosti, takže sa všade používa ako základ pre pevnosť. rôzne prevedenia.

V elektrotechnike sa železo používa ako vodič vo forme ohybných oceľových drôtov tam, kde je potrebná fyzická pevnosť a pružnosť a príslušným prierezom možno dosiahnuť požadovaný odpor.

Ak máte tabuľku odporov rôznych kovov a zliatin, môžete vypočítať prierezy drôtov vyrobených z rôznych vodičov.

Ako príklad skúsme nájsť elektricky ekvivalentný prierez vodičov vyrobených z rôznych materiálov: medený, volfrámový, niklový a železný drôt. Ako počiatočný si vezmime hliníkový drôt s prierezom 2,5 mm.

Potrebujeme, aby na dĺžke 1 m bol odpor drôtu zo všetkých týchto kovov rovnaký ako odpor pôvodného. Odolnosť hliníka na 1 m dĺžky a 2,5 mm profil bude rovnaká

Kde R- odpor, ρ – odpor kovu zo stola, S- prierezová plocha, L- dĺžka.

Nahradením pôvodných hodnôt dostaneme odpor metrového kusu hliníkového drôtu v ohmoch.

Potom vyriešme vzorec pre S

Nahradíme hodnoty z tabuľky a získame plochy prierezu pre rôzne kovy.

Keďže merný odpor v tabuľke sa meria na drôte dlhom 1 m, v mikroohmoch na 1 mm 2 sekciu, potom sme ho dostali v mikroohmoch. Aby ste to dostali v ohmoch, musíte hodnotu vynásobiť 10 -6. Ale nemusíme nevyhnutne dostať číslo ohm so 6 nulami za desatinnou čiarkou, pretože konečný výsledok stále nájdeme v mm2.

Ako vidíte, odpor žehličky je dosť vysoký, drôt je hrubý.

Existujú však materiály, pre ktoré je to ešte väčšie, napríklad nikel alebo konštantán.

Hoci táto téma sa môže zdať úplne banálne, v ňom odpoviem na jednu veľmi dôležitú otázku o výpočte straty napätia a výpočte skratových prúdov. Myslím, že to bude pre mnohých z vás rovnaký objav ako pre mňa.

Nedávno som študoval jeden veľmi zaujímavý GOST:

GOST R 50571.5.52-2011 Elektrické inštalácie nízkeho napätia. Časť 5-52. Výber a montáž elektrických zariadení. Elektroinštalácie.

Tento dokument poskytuje vzorec na výpočet straty napätia a uvádza:

p je merný odpor vodičov za normálnych podmienok, ktorý sa rovná mernému odporu pri teplote za normálnych podmienok, to znamená 1,25 merného odporu pri 20 °C alebo 0,0225 Ohm mm 2 /m pre meď a 0,036 Ohm mm 2 / m pre hliník;

Ničomu som nerozumel =) Zdá sa, že pri výpočte straty napätia a pri výpočte skratových prúdov musíme brať do úvahy odpor vodičov ako za normálnych podmienok.

Stojí za zmienku, že všetky tabuľkové hodnoty sú uvedené pri teplote 20 stupňov.

Aké sú normálne podmienky? Myslel som, že 30 stupňov Celzia.

Spomeňme si na fyziku a vypočítajme, pri akej teplote sa odpor medi (hliníka) zvýši 1,25-krát.

R1=RO

R0 – odolnosť pri 20 stupňoch Celzia;

R1 - odolnosť pri T1 stupňoch Celzia;

T0 - 20 stupňov Celzia;

α=0,004 na stupeň Celzia (meď a hliník sú takmer rovnaké);

1,25 = 1 + α (T1-T0)

Т1=(1,25-1)/ α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 stupňa Celzia.

Ako vidíte, toto nie je vôbec 30 stupňov. Zdá sa, že všetky výpočty musia byť vykonané na maximum prípustné teploty káblov Maximálna prevádzková teplota kábla je 70-90 stupňov v závislosti od typu izolácie.

Aby som bol úprimný, nesúhlasím s tým, pretože... danú teplotu zodpovedá takmer núdzovému režimu elektroinštalácie.

Vo svojich programoch som nastavil merný odpor medi na 0,0175 Ohm mm 2 /m a pre hliník na 0,028 Ohm mm 2 /m.

Ak si pamätáte, napísal som, že v mojom programe na výpočet skratových prúdov je výsledok približne o 30% menší ako tabuľkové hodnoty. Tam sa automaticky vypočíta odpor slučky medzi fázou a nulou. Snažil som sa nájsť chybu, ale nepodarilo sa mi to. Nepresnosť výpočtu zrejme spočíva v mernom odpore použitom v programe. A každý sa môže opýtať na odpor, takže by nemali byť žiadne otázky o programe, ak uvediete odpor z vyššie uvedeného dokumentu.

Ale s najväčšou pravdepodobnosťou budem musieť urobiť zmeny v programoch na výpočet strát napätia. Výsledkom bude 25% nárast výsledkov výpočtu. Aj keď v programe ELECTRIC sú straty napätia takmer rovnaké ako moje.

Ak ste na tomto blogu prvýkrát, všetky moje programy si môžete pozrieť na stránke

Podľa vášho názoru, pri akej teplote by sa mali vypočítať straty napätia: pri 30 alebo 70-90 stupňoch? Či existuje a predpisov kto odpovie na túto otázku?

Látky a materiály schopné viesť elektrický prúd sa nazývajú vodiče. Zvyšok sa klasifikuje ako dielektrika. Ale neexistujú žiadne čisté dielektriká; všetky tiež vedú prúd, ale jeho veľkosť je veľmi malá.

Ale vodiče tiež vedú prúd inak. Podľa vzorca Georga Ohma je prúd pretekajúci vodičom lineárne úmerný veľkosti napätia, ktoré je naň aplikované, a nepriamo úmerný veličine nazývanej odpor.

Jednotka merania odporu bola pomenovaná Ohm na počesť vedca, ktorý objavil tento vzťah. Ukázalo sa však, že vodiče vyrobené z rôznych materiálov a majúce rovnaké geometrické rozmery majú rôzny elektrický odpor. Na určenie odporu vodiča známej dĺžky a prierezu bol zavedený pojem rezistivita - koeficient, ktorý závisí od materiálu.


V dôsledku toho bude odpor vodiča známej dĺžky a prierezu rovný


Odolnosť platí nielen pre pevné materiály, ale aj pre kvapaliny. Jeho hodnota však závisí aj od nečistôt alebo iných zložiek v zdrojovom materiáli. Čistá voda nevedie elektrický prúd, pretože je dielektrikom. Ale destilovaná voda v prírode neexistuje, vždy obsahuje soli, baktérie a iné nečistoty. Tento koktail je vodič elektrického prúdu s odporom.


Zavedením rôznych prísad do kovov sa získajú nové materiály - zliatin, ktorého merný odpor sa líši od merného odporu pôvodného materiálu, aj keď percentuálny prídavok k nemu je nevýznamný.

Závislosť odporu od teploty

Odpory materiálov sú uvedené v referenčných knihách pre teploty blízke izbovej teplote (20 °C). So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odolnosť materiálu. Prečo sa to deje?

Vnútri materiálu sa vedie elektrický prúd voľné elektróny. Sú pod vplyvom elektrické pole odtrhnúť od ich atómov a pohybovať sa medzi nimi v smere určenom týmto poľom. Atómy látky tvoria kryštálovú mriežku, medzi uzlami ktorej sa pohybuje tok elektrónov, nazývaný aj „elektrónový plyn“. Pod vplyvom teploty mriežkové uzly (atómy) vibrujú. Samotné elektróny sa tiež nepohybujú priamočiaro, ale po spletitej dráhe. Zároveň sa často zrážajú s atómami, čím sa mení ich trajektória. V niektorých časových bodoch sa elektróny môžu pohybovať v smere opačnom k ​​smeru elektrického prúdu.

S rastúcou teplotou sa zvyšuje amplitúda atómových vibrácií. Ku zrážke elektrónov s nimi dochádza častejšie, pohyb toku elektrónov sa spomaľuje. Fyzicky sa to prejavuje zvýšením odporu.

Príkladom využitia závislosti rezistivity od teploty je prevádzka žiarovky. Volfrámová špirála, z ktorej je vlákno vyrobené, má v momente zapnutia nízky odpor. Náraz prúdu v okamihu zapnutia ho rýchlo zahreje, odpor sa zvýši a prúd sa zníži, čím sa stane nominálnym.

Rovnaký proces sa vyskytuje s nimichrómovými vykurovacími prvkami. Preto nie je možné vypočítať ich prevádzkový režim určením dĺžky nichrómového drôtu známeho prierezu, aby sa vytvoril požadovaný odpor. Na výpočty potrebujete odpor vyhrievaného drôtu a referenčné knihy uvádzajú hodnoty izbovej teploty. Preto sa konečná dĺžka nichrómovej špirály upravuje experimentálne. Výpočty určujú približnú dĺžku a pri nastavovaní postupne skracujte závit po časti.

Teplotný koeficient odporu

Ale nie vo všetkých zariadeniach je prítomnosť závislosti odporu vodiča od teploty výhodná. V meracej technike vedie zmena odporu prvkov obvodu k chybe.

Na kvantifikáciu závislosti odporu materiálu od teploty, koncept teplotný koeficient odporu (TCR). Ukazuje, ako veľmi sa zmení odpor materiálu pri zmene teploty o 1°C.

Na výrobu elektronických súčiastok - rezistorov používaných v obvodoch meracích zariadení sa používajú materiály s nízkou TCR. Sú drahšie, ale parametre zariadenia sa nemenia v širokom rozsahu teplôt životné prostredie.

Ale využívajú sa aj vlastnosti materiálov s vysokým TCS. Činnosť niektorých snímačov teploty je založená na zmenách odporu materiálu, z ktorého je vyrobený merací prvok. Aby ste to dosiahli, musíte udržiavať stabilné napájacie napätie a merať prúd prechádzajúci prvkom. Kalibráciou stupnice prístroja, ktorý meria prúd oproti štandardnému teplomeru, sa získa elektronický merač teploty. Tento princíp sa využíva nielen pri meraniach, ale aj pri prehrievaní snímačov. Vypnutie zariadenia pri výskyte abnormálnych prevádzkových podmienok, ktoré vedú k prehriatiu vinutia transformátorov alebo výkonových polovodičových prvkov.

V elektrotechnike sa používajú aj prvky, ktoré nemenia svoj odpor od teploty okolia, ale od prúdu cez ne - termistory. Príkladom ich použitia sú demagnetizačné systémy katódové trubice televízory a monitory. Pri privedení napätia je odpor rezistora minimálny a prúd ním prechádza do demagnetizačnej cievky. Ale ten istý prúd ohrieva materiál termistora. Jeho odpor sa zvyšuje, čím sa znižuje prúd a napätie cez cievku. A tak ďalej, až kým úplne nezmizne. V dôsledku toho sa na cievku aplikuje sínusové napätie s plynule klesajúcou amplitúdou, čím sa v jej priestore vytvorí rovnaké magnetické pole. Výsledkom je, že v čase, keď sa vlákno rúrky zahreje, je už demagnetizované. A riadiaci obvod zostane zablokovaný, kým sa zariadenie nevypne. Potom termistory vychladnú a budú opäť pripravené na prácu.

Fenomén supravodivosti

Čo sa stane, ak sa teplota materiálu zníži? Odpor sa zníži. Existuje hranica, ku ktorej teplota klesá, tzv absolútna nula . toto - 273 °C. Pod touto hranicou nie sú žiadne teploty. Pri tejto hodnote je odpor akéhokoľvek vodiča nulový.

o absolútna nula atómy kryštálovej mriežky prestávajú vibrovať. V dôsledku toho sa elektrónový oblak pohybuje medzi mriežkovými uzlami bez toho, aby sa s nimi zrazil. Odpor materiálu sa stáva nulovým, čo otvára možnosť získať nekonečne veľké prúdy vo vodičoch malých prierezov.

Fenomén supravodivosti otvára nové obzory pre rozvoj elektrotechniky. Stále však existujú ťažkosti spojené so získaním ultranízkych teplôt potrebných na vytvorenie tohto efektu v domácich podmienkach. Keď sa problémy vyriešia, elektrotechnika sa presunie do nová úroveň rozvoj.

Príklady použitia hodnôt odporu vo výpočtoch

Už sme sa oboznámili so zásadami výpočtu dĺžky nichrómového drôtu na výrobu vykurovacieho telesa. Existujú však aj iné situácie, keď je potrebná znalosť odporu materiálov.

Pre výpočet obrysy uzemňovacích zariadení používajú sa koeficienty zodpovedajúce typickým pôdam. Ak nie je známy typ pôdy v mieste uzemňovacej slučky, potom sa pre správne výpočty najprv zmeria jej odpor. Týmto spôsobom sú výsledky výpočtov presnejšie, čo eliminuje potrebu úpravy parametrov obvodu počas výroby: pridanie počtu elektród, čo vedie k zvýšeniu geometrických rozmerov uzemňovacieho zariadenia.


Odpor materiálov, z ktorých sú vyrobené káblové vedenia a prípojnice, sa používa na výpočet ich aktívneho odporu. Následne ho použite pri menovitom zaťažovacom prúde vypočíta sa hodnota napätia na konci vedenia. Ak sa jeho hodnota ukáže ako nedostatočná, potom sa vopred zväčšia prierezy vodičov.

14.04.2018

Ako vodivé časti v elektroinštaláciách sa používajú vodiče z medi, hliníka, ich zliatin a železa (ocele).

Meď je jedným z najlepších vodivých materiálov. Hustota medi pri 20°C je 8,95 g/cm 3, bod topenia 1083°C Meď je chemicky málo aktívna, ale ľahko sa rozpúšťa v kyseline dusičnej a v zriedenej kyseline chlorovodíkovej a sírovej sa rozpúšťa len v prítomnosti oxidačné činidlá (kyslík). Na vzduchu sa meď rýchlo pokryje tenkou vrstvou tmavého oxidu, ale táto oxidácia neprenikne hlboko do kovu a slúži ako ochrana pred ďalšou koróziou. Meď sa dobre hodí na kovanie a valcovanie bez zahrievania.

Na výrobu sa používa elektrolytická meď v ingotoch obsahujúcich 99,93 % čistej medi.

Elektrická vodivosť medi silne závisí od množstva a typu nečistôt a v menšej miere od mechanického a tepelného spracovania. pri 20°C je to 0,0172-0,018 ohm x mm2/m.

Na výrobu vodičov sa používa mäkká, polotvrdá alebo tvrdá meď so špecifickou hmotnosťou 8,9, 8,95 a 8,96 g/cm3.

Je široko používaný na výrobu živých častí. meď v zliatinách s inými kovmi. Najpoužívanejšie sú nasledujúce zliatiny.

Mosadz je zliatina medi a zinku, obsahujúca minimálne 50 % medi v zliatine, s prídavkom iných kovov. mosadz 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Existujú mosadz - tombak s obsahom medi viac ako 72% (má vysokú ťažnosť, antikorózne a antifrikčné vlastnosti) a špeciálna mosadz s prídavkom hliníka, cínu, olova alebo mangánu.

Mosadzný kontakt

Bronz je zliatina medi a cínu s prísadami rôznych kovov. V závislosti od obsahu hlavnej zložky v zliatine sa bronz nazýva cín, hliník, kremík, fosfor a kadmium. Bronzový odpor 0,021 - 0,052 ohm x mm2/m.

Mosadz a bronz majú dobré mechanické a fyzikálne a chemické vlastnosti. Ľahko sa spracovávajú odlievaním a vstrekovaním a sú odolné voči atmosférickej korózii.

Hliník - podľa jeho kvalít druhý vodivý materiál po medi. Teplota topenia 659,8 °C. Hustota hliníka pri teplote 20 °C je 2,7 g/cm3. Hliník sa ľahko odlieva a ľahko obrába. Hliník je pri teplote 100 - 150 °C kujný a tvárny (možno zvinúť do plechov hrúbky až 0,01 mm).

Elektrická vodivosť hliníka je vysoko závislá od nečistôt a málo od mechanického a tepelného spracovania. Čím čistejšie je zloženie hliníka, tým vyššia je jeho elektrická vodivosť a lepšia odolnosť voči chemickým vplyvom. Opracovanie, valcovanie a žíhanie výrazne ovplyvňuje mechanickú pevnosť hliníka. Opracovanie hliníka za studena zvyšuje jeho tvrdosť, elasticitu a pevnosť v ťahu. Hliníkový odpor pri 20 °C 0,026 - 0,029 ohm x mm2/m.

Pri výmene medi hliníkom treba zväčšiť prierez vodiča z hľadiska vodivosti, teda 1,63-krát.

Pri rovnakej vodivosti bude hliníkový vodič 2-krát ľahší ako medený.

Na výrobu vodičov sa používa hliník obsahujúci najmenej 98 % čistého hliníka, kremík najviac 0,3 %, železo najviac 0,2 %.

Na výrobu častí prúdových častí, ktoré používajú zliatiny hliníka s inými kovmi, napríklad: Duralumin - zliatina hliníka s meďou a mangánom.

Silumin je ľahká odlievacia zliatina vyrobená z hliníka s prímesou kremíka, horčíka a mangánu.

Zliatiny hliníka majú dobré odlievacie vlastnosti a vysokú mechanickú pevnosť.

V elektrotechnike sa najčastejšie používajú: hliníkových zliatin:

Deformovateľná zliatina hliníka triedy AD s obsahom hliníka najmenej 98,8 a inými nečistotami do 1,2.

Deformovateľná zliatina hliníka triedy AD1 s obsahom hliníka najmenej 99,3 n a inými nečistotami do 0,7.

Hliníková deformovateľná zliatina značky AD31, ktorá má hliník 97,35 - 98,15 a ostatné nečistoty 1,85 -2,65.

Zliatiny akosti AD a AD1 sa používajú na výrobu puzdier a lisovníc hardvérových svoriek. Zliatina triedy AD31 sa používa na výrobu profilov a prípojníc používaných pre elektrické vodiče.

V dôsledku tepelného spracovania získavajú výrobky vyrobené z hliníkových zliatin vysoké medze pevnosti a medze klzu (tečenia).

Železo - teplota topenia 1539°C. Hustota železa je 7,87. Železo sa rozpúšťa v kyselinách a je oxidované halogénmi a kyslíkom.

V elektrotechnike sa používajú rôzne druhy ocele, napríklad:

Uhlíkové ocele sú kujné zliatiny železa s uhlíkom a inými metalurgickými nečistotami.

Odpor uhlíkových ocelí je 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Legované ocele sú zliatiny s prísadami chrómu, niklu a iných prvkov pridávaných do uhlíkovej ocele.

Ocele majú dobré vlastnosti.

Nasledujúce sa široko používajú ako prísady do zliatin, ako aj na výrobu spájok a výrobu vodivých kovov:

Kadmium je kujný kov. Teplota topenia kadmia je 321°C. Odpor 0,1 ohm x mm 2 /m. V elektrotechnike sa kadmium používa na prípravu spájok s nízkou teplotou topenia a na ochranné povlaky (kadmiovanie) na kovových povrchoch. Z hľadiska antikoróznych vlastností je kadmium blízke zinku, ale kadmiové nátery sú menej porézne a nanášajú sa v tenšej vrstve ako zinok.

Nikel - teplota topenia 1455°C. Odpor niklu 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Pri bežných teplotách nie je oxidovaný vzdušným kyslíkom. Nikel sa používa v zliatinách a na ochranný povlak (niklovanie) kovových povrchov.

Cín - teplota topenia 231,9°C. Odpor cínu je 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Cín sa používa na spájkovanie ochranného povlaku (cínovanie) kovov v čistej forme a vo forme zliatin s inými kovmi.

Olovo - teplota topenia 327,4°C. Merný odpor 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Olovo sa používa v zliatinách s inými kovmi ako materiál odolný voči kyselinám. Pridáva sa do spájkovacích zliatin (spájok).

Striebro je veľmi kujný, kujný kov. Teplota topenia striebra je 960,5°C. Striebro je najlepší vodič tepla a elektrického prúdu. Odpor striebra je 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 /m. Striebro sa používa na ochranný náter (striebrenie) kovových povrchov.

Antimón je lesklý, krehký kov s teplotou topenia 631°C. Antimón sa používa ako prísada do spájkovacích zliatin (spájok).

Chróm je tvrdý, lesklý kov. Teplota topenia 1830 °C. Vo vzduchu pri bežnej teplote sa nemení. Odpor chrómu je 0,026 ohm x mm2/m. Chróm sa používa v zliatinách a na ochranné nátery (chrómovanie) kovových povrchov.

Zinok - teplota topenia 419,4°C. Odpor zinku 0,053 - 0,062 ohm x mm2/m. Vo vlhkom vzduchu zinok oxiduje a pokryje sa vrstvou oxidu, ktorá chráni pred následnými chemickými vplyvmi. V elektrotechnike sa zinok používa ako prísada do zliatin a spájok, ako aj na ochranný povlak (zinkovanie) povrchov kovových častí.

Len čo elektrina opustila laboratóriá vedcov a začala sa široko zavádzať do praxe Každodenný život, vznikla otázka hľadania materiálov, ktoré majú určité, niekedy úplne opačné charakteristiky vo vzťahu k toku elektrického prúdu cez ne.

Napríklad pri prestupe elektrická energia na dlhé vzdialenosti bol materiál drôtu predmetom požiadaviek na minimalizáciu strát spôsobených zahrievaním Joule v kombinácii s nízkou hmotnosťou. Príkladom toho sú známe vedenia vysokého napätia z hliníkových drôtov s oceľovým jadrom.

Alebo naopak, na vytvorenie kompaktných rúrkových elektrických ohrievačov boli potrebné materiály s relatívne vysokým elektrickým odporom a vysokou tepelnou stabilitou. Najjednoduchším príkladom zariadenia, ktoré používa materiály s podobnými vlastnosťami, je horák bežného kuchynského elektrického sporáka.

Vodiče používané v biológii a medicíne ako elektródy, sondy a sondy vyžadujú vysokú chemickú odolnosť a kompatibilitu s biomateriálmi v kombinácii s nízkym prechodovým odporom.

Celá galaxia vynálezcov z rozdielne krajiny: Anglicko, Rusko, Nemecko, Maďarsko a USA. Thomas Edison, ktorý vykonal viac ako tisíc experimentov testujúcich vlastnosti materiálov vhodných pre úlohu vlákien, vytvoril lampu s platinovou špirálou. Edisonove lampy, hoci mali dlhú životnosť, neboli praktické kvôli vysokým nákladom na zdrojový materiál.

Následná práca ruského vynálezcu Lodygina, ktorý navrhol použiť ako vláknité materiály relatívne lacný, žiaruvzdorný volfrám a molybdén s vyšším odporom, zistil praktické využitie. Okrem toho Lodygin navrhol odčerpať vzduch z valcov žiaroviek a nahradiť ho inertnými alebo vzácnymi plynmi, čo viedlo k vytvoreniu moderných žiaroviek. Priekopníkom hromadnej výroby cenovo dostupných a odolných elektrických lámp bola spoločnosť General Electric, ktorej Lodygin pridelil práva na svoje patenty a potom dlho úspešne pracoval v laboratóriách spoločnosti.

Tento zoznam môže pokračovať, pretože zvedavá ľudská myseľ je taká vynaliezavá, že niekedy niečo vyrieši technický problém potrebuje materiály s doteraz nevídanými vlastnosťami alebo s neskutočnými kombináciami týchto vlastností. Príroda už nedokáže držať krok s našimi chúťkami a vedci z celého sveta sa pripojili k pretekom vo vytváraní materiálov, ktoré nemajú žiadne prírodné analógy.

Ide o zámerné pripojenie plášťa alebo krytu elektrických zariadení k ochrannému uzemňovaciemu zariadeniu. Uzemnenie sa zvyčajne vykonáva vo forme oceľových alebo medených pásov, rúr, tyčí alebo rohov zakopaných v zemi do hĺbky viac ako 2,5 metra, ktoré v prípade nehody zabezpečujú tok prúdu pozdĺž obvodového zariadenia - puzdro alebo puzdro - zem - neutrálny vodič zdroja striedavého prúdu. Odpor tohto obvodu by nemal byť väčší ako 4 ohmy. V tomto prípade sa napätie na tele núdzového zariadenia zníži na hodnoty bezpečné pre ľudí a automatické ochranné zariadenia elektrický obvod jedným alebo druhým spôsobom deaktivovať núdzové zariadenie.

Pri výpočte ochranných uzemňovacích prvkov zohráva významnú úlohu znalosť rezistivity pôd, ktorá sa môže značne líšiť.

V súlade s údajmi v referenčných tabuľkách sa vyberie plocha uzemňovacieho zariadenia, z nej sa vypočíta počet uzemňovacích prvkov a skutočný dizajn celého zariadenia. Konštrukčné prvky ochranného uzemňovacieho zariadenia sú spojené zváraním.

Elektrická tomografia

Elektrická prospekcia študuje blízkopovrchové geologické prostredie a používa sa na vyhľadávanie rudných a nekovových nerastov a iných predmetov na základe štúdia rôznych umelých elektrických a elektromagnetických polí. Špeciálnym prípadom elektroprospekcie je elektrická odporová tomografia – metóda na určovanie vlastností skaly podľa ich špecifickej odolnosti.

Podstata metódy spočíva v tom, že pri určitej polohe zdroja elektrického poľa sa vykoná meranie napätia na rôznych sondách, potom sa zdroj poľa presunie na iné miesto alebo sa prepne na iný zdroj a merania sa opakujú. Poľné zdroje a poľné prijímačové sondy sú umiestnené na povrchu a v studniach.

Potom sú získané dáta spracované a interpretované pomocou moderných metód počítačového spracovania, ktoré umožňujú vizualizovať informácie vo forme dvojrozmerných a trojrozmerných obrazov.

Elektrická tomografia ako veľmi presná metóda vyhľadávania poskytuje neoceniteľnú pomoc geológom, archeológom a paleozoológom.

Určenie formy výskytu ložísk nerastov a hraníc ich rozmiestnenia (konturovanie) umožňuje identifikovať výskyt žilných ložísk nerastov, čo výrazne znižuje náklady na ich následný rozvoj.

Pre archeológov táto metóda vyhľadávania poskytuje cenné informácie o polohe starovekých pohrebísk a prítomnosti artefaktov v nich, čím sa znižujú náklady na vykopávky.

Paleozoológovia používajú elektrickú tomografiu na hľadanie fosílnych pozostatkov starých zvierat; výsledky ich práce možno vidieť v múzeách prírodné vedy v podobe ohromujúcich rekonštrukcií kostier pravekej megafauny.

Okrem toho sa elektrická tomografia používa pri výstavbe a následnej prevádzke inžinierskych stavieb: výškové budovy, priehrady, hrádze, nábrežia a iné.

Definície rezistivity v praxi

Niekedy, aby sme vyriešili praktické problémy, môžeme byť konfrontovaní s úlohou určiť zloženie látky, napríklad drôtu na rezanie polystyrénovej peny. Máme dve cievky drôtu vhodného priemeru z rôznych pre nás neznámych materiálov. Na vyriešenie problému je potrebné nájsť ich elektrický odpor a potom pomocou rozdielu v zistených hodnotách alebo pomocou vyhľadávacej tabuľky určiť materiál drôtu.

Meriame krajčírskym metrom a z každej vzorky odstrihneme 2 metre drôtu. Určme priemery drôtov d₁ a d₂ pomocou mikrometra. Po zapnutí multimetra na spodnú hranicu merania odporu zmeriame odpor vzorky R₁. Postup zopakujeme pre ďalšiu vzorku a zmeriame aj jej odpor R₂.

Zoberme si, že plocha prierezu drôtov sa vypočíta podľa vzorca

S = π ∙ d 2 /4

Teraz bude vzorec na výpočet elektrického odporu vyzerať takto:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Nahradením získaných hodnôt L, d₁ a R₁ do vzorca na výpočet rezistivity uvedeného v článku vyššie vypočítame hodnotu ρ₁ pre prvú vzorku.

p1 = 0,12 ohm mm2/m

Dosadením získaných hodnôt L, d₂ a R₂ do vzorca vypočítame hodnotu ρ₂ pre druhú vzorku.

p2 = 1,2 ohm mm2/m

Z porovnania hodnôt ρ₁ a ρ₂ s referenčnými údajmi v tabuľke 2 vyššie sme dospeli k záveru, že materiál prvej vzorky je oceľ a druhá je nichróm, z ktorého vyrobíme reznú strunu.

Nazývajú schopnosť kovu prechádzať cez seba nabitý prúd. Odolnosť je zase jednou z charakteristík materiálu. Čím väčší je elektrický odpor pri danom napätí, tým menší bude. Charakterizuje silu odporu vodiča voči pohybu nabitých elektrónov smerujúcich pozdĺž neho. Keďže vlastnosť prenosu elektriny je prevrátená hodnota odporu, znamená to, že bude vyjadrená vo forme vzorcov ako pomer 1/R.

Odpor vždy závisí od kvality materiálu použitého pri výrobe zariadení. Meria sa na základe parametrov vodiča s dĺžkou 1 meter a plochou prierezu 1 milimeter štvorcový. Napríklad špecifická vlastnosť odporu pre meď sa vždy rovná 0,0175 Ohm, pre hliník - 0,029, železo - 0,135, konštantán - 0,48, nichróm - 1-1,1. Odpor ocele sa rovná číslu 2*10-7 Ohm.m

Odpor voči prúdu je priamo úmerný dĺžke vodiča, po ktorom sa pohybuje. Čím dlhšie zariadenie, tým vyšší odpor. Tento vzťah ľahšie pochopíte, ak si predstavíte dva imaginárne páry nádob, ktoré spolu komunikujú. Nechajte spojovaciu hadičku pre jeden pár zariadení tenšiu a pre druhý hrubšiu. Keď sú oba páry naplnené vodou, prenos kvapaliny cez hrubú trubicu bude oveľa rýchlejší, pretože bude mať menší odpor voči prúdeniu vody. Podľa tejto analógie je pre neho ľahšie prejsť hrubým vodičom ako tenkým.

Odpor, ako jednotka SI, sa meria pomocou Ohm.m. Vodivosť závisí od priemernej dĺžky voľného letu nabitých častíc, ktorá je charakteristická štruktúrou materiálu. Kovy bez prímesí, ktoré majú najsprávnejšie najmenšie hodnoty protiakcia. Naopak, nečistoty deformujú mriežku, čím zvyšujú jej výkon. Odpor kovov sa nachádza v úzkom rozmedzí hodnôt pri normálna teplota: od striebra od 0,016 do 10 μOhm.m (zliatiny železa a chrómu s hliníkom).

O vlastnostiach pohybu nabitých

elektróny vo vodiči sú ovplyvnené teplotou, pretože pri jej zvyšovaní sa zvyšuje amplitúda vlnových oscilácií existujúcich iónov a atómov. Výsledkom je, že elektróny majú menej voľného priestoru na normálny pohyb v kryštálovej mriežke. To znamená, že prekážka usporiadaného pohybu sa zvyšuje. Odpor akéhokoľvek vodiča sa ako obvykle zvyšuje lineárne so zvyšujúcou sa teplotou. Naopak, polovodiče sa vyznačujú poklesom s rastúcimi stupňami, pretože to vedie k uvoľneniu mnohých nábojov, ktoré priamo vytvárajú elektrický prúd.

Proces ochladzovania niektorých kovových vodičov na požadovanú teplotu privedie ich merný odpor do náhleho stavu a klesne na nulu. Tento jav bol objavený v roku 1911 a nazýva sa supravodivosť.

Elektrický odpor -fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, akú prekážku vytvára prúd pri prechode vodičom. Mernými jednotkami sú Ohmy na počesť Georga Ohma. Vo svojom zákone odvodil vzorec na nájdenie odporu, ktorý je uvedený nižšie.

Uvažujme ako príklad odpor vodičov s použitím kovov. Kovy majú vnútorná štruktúra vo forme kryštálovej mriežky. Táto mriežka má prísny poriadok a jej uzly sú kladne nabité ióny. Nosiče náboja v kove sú „voľné“ elektróny, ktoré nepatria konkrétnemu atómu, ale náhodne sa pohybujú medzi miestami mriežky. Z kvantovej fyziky je známe, že pohyb elektrónov v kove je šírenie elektromagnetickej vlny v pevnej látke. To znamená, že elektrón vo vodiči sa pohybuje rýchlosťou svetla (prakticky) a je dokázané, že vykazuje vlastnosti nielen ako častica, ale aj ako vlna. A odpor kovu vzniká v dôsledku rozptylu elektromagnetické vlny(teda elektrónov) o tepelných vibráciách mriežky a jej defektoch. Pri zrážke elektrónov s uzlami kryštálovej mriežky sa časť energie prenáša na uzly, v dôsledku čoho sa energia uvoľňuje. Táto energia môže byť vypočítaná pri konštantnom prúde, vďaka Joule-Lenzovmu zákonu - Q=I 2 Rt. Ako vidíte, čím väčší odpor, tým viac energie sa uvoľní.

Odpor

Existuje taký dôležitý koncept ako odpor, je to rovnaký odpor, len v jednotke dĺžky. Každý kov má svoje, napríklad pre meď je to 0,0175 Ohm*mm2/m, pre hliník je to 0,0271 Ohm*mm2/m. To znamená, že medená tyč s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm2 bude mať odpor 0,0175 Ohm a tá istá tyč, ale vyrobená z hliníka, bude mať odpor 0,0271 Ohm. Ukazuje sa, že elektrická vodivosť medi je vyššia ako elektrická vodivosť hliníka. Každý kov má svoj špecifický odpor a odpor celého vodiča možno vypočítať pomocou vzorca

Kde p– rezistivita kovu, l – dĺžka vodiča, s – plocha prierezu.

Hodnoty odporu sú uvedené v kovová tabuľka odporu(20°C)

Látka

p, Ohm*mm2/2

a,10-3 1/K

hliník

0.0271

Volfrám

0.055

Železo

0.098

Zlato

0.023

Mosadz

0.025-0.06

manganín

0.42-0.48

0,002-0,05

Meď

0.0175

Nikel

Constantan

0.44-0.52

0.02

nichrom

0.15

Strieborná

0.016

Zinok

0.059

Okrem merného odporu tabuľka obsahuje hodnoty TCR, viac o tomto koeficiente o niečo neskôr.

Závislosť odporu od deformácie

Pri tvárnení kovov za studena dochádza k plastickej deformácii kovu. Počas plastickej deformácie sa kryštálová mriežka deformuje a počet defektov sa zvyšuje. S nárastom defektov kryštálovej mriežky sa zvyšuje odpor voči toku elektrónov cez vodič, preto sa zvyšuje odpor kovu. Napríklad drôt je vyrobený ťahaním, čo znamená, že kov podlieha plastickej deformácii, v dôsledku čoho sa zvyšuje odpor. V praxi sa na zníženie odporu používa rekryštalizačné žíhanie, čo je komplex technologický postup, po ktorom sa zdá, že kryštálová mriežka sa „narovnáva“ a počet defektov klesá, teda aj odolnosť kovu.

Pri naťahovaní alebo stláčaní dochádza k elastickej deformácii kovu. Počas elastickej deformácie spôsobenej napínaním sa amplitúdy tepelných vibrácií uzlov kryštálovej mriežky zvyšujú, preto elektróny zažívajú veľké ťažkosti a v súvislosti s tým sa zvyšuje odpor. Počas elastickej deformácie spôsobenej kompresiou sa amplitúdy tepelných vibrácií uzlov znižujú, preto sa elektróny ľahšie pohybujú a merný odpor klesá.

Vplyv teploty na merný odpor

Ako sme už zistili vyššie, príčinou odporu v kove sú uzly kryštálovej mriežky a ich vibrácie. Takže so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšujú tepelné vibrácie uzlov, čo znamená, že sa zvyšuje aj odpor. Existuje také množstvo ako teplotný koeficient odporu(TKS), ktorý ukazuje, o koľko sa odpor kovu zvyšuje alebo znižuje pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Napríklad teplotný koeficient medi pri 20 stupňoch Celzia je 4.1 · 10 − 3 1/stupeň. To znamená, že keď sa napríklad medený drôt zahreje o 1 stupeň Celzia, jeho odpor sa zvýši o 4.1 · 10 − 3 Ohm. Odpor so zmenami teploty možno vypočítať pomocou vzorca

kde r je rezistivita po zahriatí, r 0 je rezistivita pred zahriatím, a je teplotný koeficient odporu, t 2 je teplota pred zahriatím, t 1 je teplota po zahriatí.

Nahradením našich hodnôt dostaneme: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm 2 /m. Ako vidíte, naša medená tyč s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm 2 by po zahriatí na 154 stupňov mala rovnaký odpor ako tá istá tyč, len vyrobená z hliníka a pri teplota 20 stupňov Celzia.

Vlastnosť zmeny odporu so zmenami teploty sa využíva v odporových teplomeroch. Tieto zariadenia dokážu merať teplotu na základe hodnôt odporu. Odporové teplomery majú vysokú presnosť merania, ale malé teplotné rozsahy.

V praxi vlastnosti vodičov zabraňujú priechodu prúd sa používajú veľmi široko. Príkladom je žiarovka, kde sa vďaka vysokej odolnosti kovu, jeho veľkej dĺžke a úzkemu prierezu zahrieva volfrámové vlákno. Alebo akékoľvek vykurovacie zariadenie, kde sa špirála zahrieva kvôli vysokému odporu. V elektrotechnike sa prvok, ktorého hlavnou vlastnosťou je odpor, nazýva rezistor. Rezistor sa používa takmer v každom elektrickom obvode.