Prilikom projektiranja električnih krugova važno je odabrati pravi materijal i veličinu žice. Najčešće se u ove svrhe koristi bakar, koji ima manji otpor.

Šta određuje otpornost metala

Električna struja je usmjereno kretanje nabijenih čestica. U metalima su to slobodni elektroni. Kreću se između atoma kristalne rešetke. Otpor njihovom kretanju ovisi o metalu ili leguri, kao i o njegovoj temperaturi - kako se povećava, povećava se otpor žice na električnu struju.

Izuzetak su specijalne legure koje se koriste u mjernim instrumentima. Od njih se prave otpornici koji ne mijenjaju svoje parametre pri promjeni temperature. Osim toga, dvožične žice se koriste za spajanje termoelemenata, od kojih se otpor jednog povećava s povećanjem temperature, a drugi smanjuje. Kao rezultat toga, parametri kabla se ne mijenjaju.

Otpornost raznih metala

Različiti metali imaju različita svojstva i koriste se u različite svrhe.

Bakar i aluminijum

Najčešće žice su bakarne i aluminijumske. Bakar ima manji električni otpor od otpora aluminijske žice, kablovi od njega imaju manji poprečni presjek. Jači je, što vam omogućava da kabl učinite tanjim, kao i fleksibilnim i upredenim. Osim toga, bakar se lemi limenim lemovima.

Ali aluminijum ima jednu prednost: mnogo je jeftiniji. Stoga se koristi za namotavanje transformatora i polaganje ožičenja, tokom čijeg rada nema savijanja, kretanja ili vibracija.

Ostali metali

• Zlato. Ima najmanji električni otpor, ali se zbog svoje cijene koristi samo na određenim mjestima u vojnoj i svemirskoj tehnici;
• Srebro. Ima bolji omjer cijene i kvalitete od zlata, ali se također koristi u ograničenoj mjeri, uglavnom za proizvodnju kontakata i konektora - ne oksidira;
• Nichrome (legura nikla i hroma) i fechral (gvožđe, hrom i aluminijum). Imaju visoku tačku topljenja. Otpor nihrom i nihrom žice je dovoljno velik da se naprave grijači i otporne žice;
• Tungsten. Ima visoku otpornost i vrlo je vatrostalna - 3422 stepena. Koristi se za izradu filamenata u sijalicama;
• Constantan. Legura bakra, nikla i mangana koja ne mijenja svoja svojstva s promjenama temperature. Koristi se za proizvodnju otpornika u mjernim instrumentima;
• Kompenzacijski. Ove legure se koriste za izradu kablova za povezivanje termoelemenata i drugih senzora. Kako temperatura raste, električni otpor jednog provodnika raste, a drugog opada. Kao rezultat, ukupna vrijednost ostaje nepromijenjena.

Zanimljivo. Pedesetih godina prošlog stoljeća projektirani su transformatori za visokonaponske trafostanice sa srebrnim namotajima. S obzirom na smanjene gubitke, ovo je bilo od koristi. Ali zbog povećanja cijene srebra na svjetskom tržištu ovi projekti nisu realizovani.

Izbor preseka kabla

Prilikom izračunavanja poprečnog presjeka provodljivog jezgra uzimaju se u obzir grijanje i pad napona u dugim kablovima. Otpor žice možete izračunati pomoću posebnih tablica ili pomoću online kalkulatora.

Poprečni presjek izračunat iz gubitaka može biti veći ili manji od presjeka izračunatog iz grijanja. Zavisi od dužine kabla. Za padding je odabrana veća vrijednost.

Odabir presjeka provodnika prema dozvoljenom grijanju

Kada električna struja teče kroz kabel, on se zagrijava. Ovo zagrijavanje može otopiti izolaciju, što će dovesti do njenog uništenja i kratkog spoja susjednih žica jedna na drugu ili do uzemljenih dijelova konstrukcije.

Bitan! Uništavanje izolacije i K.Z. (kratki spoj) može izazvati požar.

Kako bi se spriječila ova situacija, poprečni presjek kabla mora biti prikladan za struju opterećenja, vrstu izolacije i uslove polaganja. Otvorene ili toplinski izolirane žice mogu nositi više struje od cijevi od vinila ili gumenog omotača.

Izbor poprečnog presjeka prema gubicima napona

Kada električna struja teče kroz kabel, napon u blizini opterećenja se smanjuje. To je zbog činjenice da, iako je otpor malog komada žice i pad napona na njemu mali, na velikoj dužini može doseći značajnu vrijednost.

Na primjer, specifični otpor bakrene žice je 0,017 ohma mm²/m. Ali u jednožilnom kabelu dužine 100 m s poprečnim presjekom od 10 mm², to će biti 0,17 Ohma. Pri struji od 80A (dopušteno za grijanje) pad napona u mreži od 220V će biti 27V (100 m fazne žice i 100 m nule sa padom od 13 V u svakom provodniku). Stoga, uz dozvoljeni pad napona od 2% ili 5V, poprečni presjek kabela mora biti najmanje 66 mm², odnosno najbliža viša standardna vrijednost - 75 mm².

Ako se proračun dionice za grijanje vrši prema radnoj struji elektromotora i na dionici od uvodne mašine do uređaja, tada se proračun gubitaka mora izvršiti prema početnoj struji, uzimajući u obzir cijelom dužinom kablova: od glavne do električne mašine.

Otpor bakrene žice je vrijednost koja utječe na izbor kabela i žica za namotavanje zavojnica pri projektovanju električnih kola, kao i elektromotora i transformatora. Poznavanje načina na koji se izračunava otpor vodiča i potrebne formule pomoći će da se pravilno dizajnira ožičenje i izbjegnu nesreće.

Video

Kada se zatvori električni krug, na čijim stezaljkama postoji razlika potencijala, nastaje. Slobodni elektroni se pod uticajem sila električnog polja kreću duž provodnika. U svom kretanju, elektroni se sudaraju s atomima provodnika i daju im rezervu svoje kinetičke energije. Brzina kretanja elektrona se stalno mijenja: kada se elektroni sudaraju s atomima, molekulama i drugim elektronima, ona se smanjuje, zatim povećava pod utjecajem električnog polja i opet opada s novim sudarom. Kao rezultat toga, u vodiču se uspostavlja ravnomjeran tok elektrona brzinom od nekoliko djelića centimetra u sekundi. Posljedično, elektroni koji prolaze kroz provodnik uvijek nailaze na otpor sa njegove strane svom kretanju. Kada električna struja prođe kroz provodnik, potonji se zagrijava.

Električni otpor

Električni otpor vodiča, koji je označen latiničnim slovom r, je svojstvo tijela ili medija da pretvara električnu energiju u toplinsku energiju kada električna struja prolazi kroz njega.

Na dijagramima je električni otpor prikazan kao što je prikazano na slici 1, A.

Promjenljivi električni otpor, koji služi za promjenu struje u kolu, naziva se reostat. Na dijagramima su reostati označeni kao što je prikazano na slici 1, b. Općenito, reostat se izrađuje od žice jednog ili drugog otpora, namotane na izolacijsku podlogu. Klizač ili poluga reostata postavlja se u određeni položaj, zbog čega se željeni otpor uvodi u krug.

Dugačak provodnik malog presjeka stvara visok otpor struje. Kratki provodnici velikog poprečnog presjeka imaju malu otpornost na struju.

Ako uzmemo dva vodiča od različitih materijala, ali iste dužine i presjeka, onda će vodiči provoditi struju na različite načine. Ovo pokazuje da otpor provodnika zavisi od materijala samog vodiča.

Temperatura provodnika takođe utiče na njegov otpor. Kako temperatura raste, otpor metala raste, a otpor tekućina i uglja opada. Samo neke specijalne metalne legure (manganin, konstantan, niklin i druge) gotovo ne mijenjaju svoju otpornost s povećanjem temperature.

Dakle, vidimo da električni otpor provodnika zavisi od: 1) dužine provodnika, 2) poprečnog preseka provodnika, 3) materijala provodnika, 4) temperature provodnika.

Jedinica otpora je jedan ohm. Om se često označava grčkim velikim slovom Ω (omega). Dakle, umjesto da napišete "Otpor provodnika je 15 oma", možete jednostavno napisati: r= 15Ω.
1000 oma se zove 1 kiloohm(1kΩ, ili 1kΩ),
1.000.000 oma se naziva 1 megaohm(1mgOhm, ili 1MΩ).

Prilikom upoređivanja otpora vodiča iz različitih materijala potrebno je uzeti određenu dužinu i presjek za svaki uzorak. Tada ćemo moći procijeniti koji materijal provodi električnu struju bolje ili lošije.

Video 1. Otpor provodnika

Specifični električni otpor

Otpor u omima provodnika dužine 1 m, poprečnog presjeka 1 mm² naziva se otpornost i označava se grčkim slovom ρ (ro).

Tabela 1 daje specifične otpore nekih vodiča.

Tabela 1

Otpornost različitih provodnika

Tabela pokazuje da željezna žica dužine 1 m i poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor od 0,13 oma. Da biste dobili otpor od 1 oma, potrebno je uzeti 7,7 m takve žice. Srebro ima najmanju otpornost. Otpor od 1 oma može se dobiti uzimanjem 62,5 m srebrne žice poprečnog presjeka od 1 mm². Srebro je najbolji provodnik, ali cijena srebra onemogućuje njegovu široku upotrebu. Nakon srebra u tabeli dolazi bakar: 1 m bakarne žice poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor od 0,0175 oma. Da biste dobili otpor od 1 ohma, potrebno je uzeti 57 m takve žice.

Hemijski čist, dobijen rafiniranjem, bakar je našao široku upotrebu u elektrotehnici za proizvodnju žica, kablova, namotaja električnih mašina i aparata. Gvožđe se takođe široko koristi kao provodnici.

Otpor provodnika može se odrediti formulom:

Gdje r- otpor provodnika u omima; ρ - specifični otpor provodnika; l je dužina provodnika u m; S– poprečni presjek provodnika u mm².

Primjer 1 Odrediti otpor 200 m željezne žice poprečnog presjeka 5 mm².

Primjer 2 Izračunajte otpor 2 km aluminijske žice poprečnog presjeka 2,5 mm².

Iz formule otpora možete lako odrediti dužinu, otpornost i poprečni presjek vodiča.

Primjer 3 Za radio prijemnik potrebno je namotati otpor od 30 oma od nikalne žice poprečnog presjeka od 0,21 mm². Odredite potrebnu dužinu žice.

Primjer 4 Odredite poprečni presjek 20 m nihrom žice ako je njen otpor 25 oma.

Primjer 5Žica poprečnog presjeka od 0,5 mm² i dužine 40 m ima otpor od 16 oma. Odredite materijal žice.

Materijal vodiča karakteriše njegovu otpornost.

Prema tabeli otpornosti nalazimo da ima takav otpor.

Gore je navedeno da otpor provodnika zavisi od temperature. Hajde da uradimo sledeći eksperiment. Namotamo nekoliko metara tanke metalne žice u obliku spirale i ovu spiralu pretvaramo u baterijsko kolo. Da biste izmjerili struju u krugu, uključite ampermetar. Prilikom zagrijavanja spirale u plamenu plamenika, možete primijetiti da će se očitanja ampermetra smanjiti. Ovo pokazuje da otpor metalne žice raste sa zagrijavanjem.

Za neke metale, kada se zagriju za 100 °, otpor se povećava za 40 - 50%. Postoje legure koje neznatno mijenjaju otpor s toplinom. Neke specijalne legure jedva mijenjaju otpor s temperaturom. Otpor raste s porastom temperature, otpor elektrolita (tekućih vodiča), uglja i nekih čvrstih tvari, naprotiv, opada.

Sposobnost metala da mijenjaju svoj otpor s promjenama temperature koristi se za konstruiranje otpornih termometara. Takav termometar je platinasta žica namotana na okvir od liskuna. Postavljanjem termometra, na primjer, u peć i mjerenjem otpora platinaste žice prije i nakon zagrijavanja, može se odrediti temperatura u peći.

Promjena otpora provodnika kada se zagrije, na 1 ohm početnog otpora i 1° temperature, naziva se temperaturni koeficijent otpora i označava se slovom α.

Ako je na temperaturi t 0 otpor provodnika je r 0 i na temperaturi t jednaki r t, zatim temperaturni koeficijent otpora

Bilješka. Ova formula se može izračunati samo unutar određenog temperaturnog raspona (do oko 200°C).

Dajemo vrijednosti temperaturnog koeficijenta otpora α za neke metale (tabela 2).

tabela 2

Vrijednosti temperaturnog koeficijenta za neke metale

Iz formule za temperaturni koeficijent otpora određujemo r t:

r t = r 0 .

Primjer 6 Odredite otpor željezne žice zagrijane na 200°C ako je njen otpor na 0°C bio 100 oma.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oma.

Primjer 7 Otporni termometar napravljen od platinaste žice u prostoriji sa temperaturom od 15°C imao je otpor od 20 oma. Termometar je stavljen u peć i nakon nekog vremena izmjeren mu je otpor. Ispostavilo se da je jednako 29,6 oma. Odredite temperaturu u rerni.

električna provodljivost

Do sada smo otpor provodnika smatrali preprekom koju provodnik pruža električnoj struji. Međutim, struja teče kroz provodnik. Dakle, osim otpora (prepreke), provodnik ima i sposobnost da provodi električnu struju, odnosno provodljivost.

Što veći otpor ima vodič, to ima manju vodljivost, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je manji otpor vodiča, što ima veću provodljivost, struja lakše prolazi kroz provodnik. Dakle, otpor i provodljivost provodnika su recipročne veličine.

Iz matematike je poznato da je recipročna vrijednost 5 1/5 i obrnuto, recipročna vrijednost 1/7 je 7. Dakle, ako je otpor provodnika označen slovom r, tada je provodljivost definirana kao 1/ r. Provodljivost se obično označava slovom g.

Električna provodljivost se mjeri u (1/ohm) ili simensu.

Primjer 8 Otpor provodnika je 20 oma. Odredite njegovu provodljivost.

Ako r= 20 Ohm, dakle

Primjer 9 Provodljivost provodnika je 0,1 (1/ohm). Odredite njegov otpor

Ako je g \u003d 0,1 (1 / Ohm), onda r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)

Električni otpor je glavna karakteristika provodljivih materijala. Ovisno o opsegu vodiča, vrijednost njegovog otpora može igrati i pozitivnu i negativnu ulogu u funkcioniranju električnog sustava. Također, karakteristike upotrebe provodnika mogu uzrokovati potrebu da se uzmu u obzir dodatne karakteristike, čiji se utjecaj u određenom slučaju ne može zanemariti.

Provodnici su čisti metali i njihove legure. U metalu, atomi fiksirani u jednu "jaku" strukturu imaju slobodne elektrone (tzv. "elektronski gas"). Upravo su te čestice u ovom slučaju nosioci naboja. Elektroni su u stalnom nasumičnom kretanju od jednog atoma do drugog. Kada se pojavi električno polje (izvor napona je spojen na krajeve metala), kretanje elektrona u vodiču postaje uređeno. Pokretni elektroni nailaze na prepreke na svom putu uzrokovane posebnostima molekularne strukture provodnika. Prilikom sudara sa strukturom, nosioci naboja gube energiju, dajući je provodniku (zagrevajući ga). Što više prepreka provodna struktura stvara za nosioce naboja, to je veći otpor.

S povećanjem poprečnog presjeka provodne strukture za jedan broj elektrona, "kanal za prijenos" će postati širi, a otpor će se smanjiti. Shodno tome, s povećanjem dužine žice, bit će više takvih prepreka i otpor će se povećati.

Dakle, osnovna formula za izračunavanje otpora uključuje dužinu žice, površinu poprečnog presjeka i određeni koeficijent koji ove dimenzijske karakteristike povezuje sa električnim vrijednostima napona i struje (1). Ovaj koeficijent se naziva otpornost.
R=r*L/S (1)

Otpornost

Otpor nepromijenjen i svojstvo je tvari od koje je provodnik napravljen. Mjerne jedinice r - ohm * m. Često se vrijednost otpora daje u ohm * mm sq. / m. To je zbog činjenice da je poprečni presjek najčešće korištenih kabela relativno mali i mjeri se u mm kvadratnim. Uzmimo jednostavan primjer.

Zadatak broj 1. Dužina bakrene žice L = 20 m, presjek S = 1,5 mm. sq. Izračunajte otpor žice.
Rješenje: specifični otpor bakarne žice r = 0,018 ohm*mm. sq./m. Zamjenom vrijednosti u formulu (1) dobijamo R=0,24 oma.
Prilikom izračunavanja otpora elektroenergetskog sistema, otpor jedne žice mora se pomnožiti sa brojem žica.
Ako se umjesto bakra koristi aluminij s većom otpornošću (r = 0,028 ohm * mm sq / m), tada će se otpor žica u skladu s tim povećati. Za gornji primjer, otpor bi bio R = 0,373 oma (55% više). Bakar i aluminijum su glavni materijali za žice. Postoje metali sa nižom otpornošću od bakra, kao što je srebro. Međutim, njegova upotreba je ograničena zbog očigledne visoke cijene. U tabeli ispod su navedeni otpori i druge osnovne karakteristike materijala provodnika.
Tabela - glavne karakteristike provodnika

Toplotni gubici žica

Ako je, koristeći kabel iz gornjeg primjera, opterećenje od 2,2 kW spojeno na jednofaznu mrežu od 220 V, tada će struja I = P / U ili I = 2200/220 = 10 A teći kroz Formula za izračunavanje gubitka snage u provodniku:
Ppr \u003d (I ^ 2) * R (2)
Primjer br. 2. Izračunati aktivne gubitke pri prijenosu snage od 2,2 kW u mreži napona 220 V za navedenu žicu.
Rješenje: zamjenom vrijednosti struje i otpora žica u formulu (2), dobivamo Ppr = (10 ^ 2) * (2 * 0,24) = 48 W.
Dakle, pri prijenosu energije iz mreže u opterećenje, gubici u žicama će biti nešto više od 2%. Ova energija se pretvara u toplinu koju provodnik oslobađa u okolinu. Prema stanju zagrijavanja vodiča (prema veličini struje), odabire se njegov poprečni presjek, vođen posebnim tablicama.
Na primjer, za gornji vodič, maksimalna struja je 19 A ili 4,1 kW u mreži od 220 V.

Povećani napon se koristi za smanjenje aktivnih gubitaka u dalekovodima. U ovom slučaju, struja u žicama se smanjuje, gubici padaju.

Temperaturni efekat

Povećanje temperature dovodi do povećanja oscilacija kristalne rešetke metala. Shodno tome, elektroni nailaze na više prepreka, što dovodi do povećanja otpora. Vrijednost "osjetljivosti" otpornosti metala na porast temperature naziva se temperaturni koeficijent α. Formula za uzimanje u obzir temperature je sljedeća
R=Rn*, (3)
gdje je Rn otpor žice u normalnim uvjetima (na temperaturi t°n); t° je temperatura provodnika.
Obično t°n = 20° C. Vrijednost α je također naznačena za temperaturu t°n.
Zadatak 4. Izračunajte otpor bakrene žice na temperaturi od t ° \u003d 90 ° C. α bakar \u003d 0,0043, Rn \u003d 0,24 Ohm (zadatak 1).
Rješenje: zamjenom vrijednosti u formuli (3) dobijamo R = 0,312 Ohm. Otpor analizirane zagrijane žice je 30% veći od njenog otpora na sobnoj temperaturi.

Frekvencijski efekat

S povećanjem frekvencije struje u vodiču dolazi do procesa pomicanja naboja bliže njegovoj površini. Kao rezultat povećanja koncentracije naelektrisanja u površinskom sloju, povećava se i otpor žice. Ovaj proces se naziva “efekt kože” ili površinski efekat. Koeficijent kože– efekat zavisi i od veličine i oblika žice. Za gornji primjer, sa AC frekvencijom od 20 kHz, otpor žice će se povećati za približno 10%. Imajte na umu da visokofrekventne komponente mogu imati strujni signal mnogih modernih industrijskih i domaćih potrošača (štedljive lampe, prekidački izvori napajanja, frekventni pretvarači i tako dalje).

Utjecaj susjednih provodnika

Oko bilo kojeg vodiča kroz koji teče struja postoji magnetsko polje. Interakcija polja susjednih provodnika također uzrokuje gubitke energije i naziva se "efekat blizine". Također imajte na umu da svaki metalni provodnik ima induktivnost koju stvara provodljivo jezgro i kapacitet stvoren izolacijom. Ovi parametri takođe imaju efekat blizine.

Tehnologije

Žice nulte otpornosti visokog napona

Ova vrsta žice se široko koristi u sistemima za paljenje automobila. Otpor visokonaponskih žica je prilično mali i iznosi nekoliko frakcija oma po metru dužine. Podsjetimo da se otpor takve vrijednosti ne može izmjeriti ommetrom opće namjene. Često se mjerni mostovi koriste za mjerenje niskih otpora.
Strukturno, takve žice imaju veliki broj bakrenih vodiča s izolacijom na bazi silikona, plastike ili drugih dielektrika. Posebnost upotrebe takvih žica nije samo u radu na visokom naponu, već iu prijenosu energije u kratkom vremenskom periodu (impulsni način rada).

Bimetalni kabl

Glavni opseg navedenih kablova je prenos visokofrekventnih signala. Jezgro žice je napravljeno od jedne vrste metala, čija je površina obložena drugom vrstom metala. Budući da je samo površinski sloj provodnika provodljiv na visokim frekvencijama, moguće je zamijeniti unutrašnjost žice. Time se štedi skupi materijal i poboljšavaju mehaničke karakteristike žice. Primjeri takvih žica su posrebreni bakar, čelik presvučen bakrom.

Zaključak

Otpor žice je vrijednost koja zavisi od grupe faktora: vrste provodnika, temperature, frekvencije struje, geometrijskih parametara. Značaj uticaja ovih parametara zavisi od uslova rada žice. Kriterijumi optimizacije u zavisnosti od zadataka za žice mogu biti: smanjenje aktivnih gubitaka, poboljšanje mehaničkih karakteristika, smanjenje cene.

Koncept električnog otpora i vodljivosti

Svako tijelo kroz koje teče električna struja ima određeni otpor prema njemu.Svojstvo materijala provodnika da spriječi prolaz električne struje kroz njega naziva se električni otpor.

Elektronska teorija na ovaj način objašnjava suštinu električnog otpora metalnih provodnika. Kada se kreću duž vodiča, slobodni elektroni na svom putu nailaze na atome i druge elektrone bezbroj puta i, u interakciji s njima, neizbježno gube dio svoje energije. Elektroni doživljavaju, takoreći, otpor svom kretanju. Različiti metalni provodnici koji imaju različitu atomsku strukturu imaju različitu otpornost na električnu struju.

Potpuno isto objašnjava otpor tekućih vodiča i plinova na prolazak električne struje. Međutim, ne treba zaboraviti da u ovim supstancama ne elektroni, već nabijene čestice molekula nailaze na otpor tijekom svog kretanja.

Otpor je označen latiničnim slovima R ili r.

Om se uzima kao jedinica električnog otpora.

Ohm je otpor živinog stupa visine 106,3 cm sa poprečnim presjekom od 1 mm2 na temperaturi od 0 °C.

Ako je, na primjer, električni otpor vodiča 4 oma, onda se piše na sljedeći način: R = 4 oma ili r = 4 oma.

Za mjerenje otpora velike vrijednosti, usvojena je jedinica koja se zove megohm.

Jedan meg je jednak milion oma.

Što je veći otpor vodiča, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je otpor vodiča manji, to je struja lakše proći kroz ovaj vodič.

Stoga, za karakterizaciju vodiča (u smislu prolaska električne struje kroz njega), može se uzeti u obzir ne samo njegov otpor, već i recipročan otpor i naziva se provodljivost.

električna provodljivost Sposobnost materijala da propušta električnu struju kroz sebe naziva se.

Budući da je provodljivost recipročna otpora, izražava se kao 1/R, provodljivost se označava latiničnim slovom g.

Utjecaj materijala provodnika, njegovih dimenzija i temperature okoline na vrijednost električnog otpora

Otpor različitih vodiča ovisi o materijalu od kojeg su izrađeni. Za karakterizaciju električnog otpora različitih materijala uveden je koncept tzv. otpornosti.

Otpornost je otpor vodiča dužine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 mm2. Otpornost je označena grčkim slovom p. Svaki materijal od kojeg je napravljen vodič ima svoju otpornost.

Na primjer, otpornost bakra je 0,017, odnosno bakarni provodnik dužine 1 m i poprečnog presjeka 1 mm2 ima otpor od 0,017 oma. Otpornost aluminijuma je 0,03, otpornost gvožđa je 0,12, otpornost konstantana je 0,48, otpornost nihroma je 1-1,1.

Otpor provodnika je direktno proporcionalan njegovoj dužini, odnosno, što je provodnik duži, veći je njegov električni otpor.

Otpor vodiča obrnuto je proporcionalan površini njegovog poprečnog presjeka, odnosno, što je provodnik deblji, to je njegov otpor manji, i obrnuto, što je provodnik tanji, to je njegov otpor veći.

Da biste bolje razumjeli ovaj odnos, zamislite dva para komunikacijskih sudova, pri čemu jedan par posuda ima tanku spojnu cijev, a drugi debelu. Jasno je da kada se jedna od posuda (svaki par) napuni vodom, njen prelazak u drugu posudu kroz debelu cijev će se dogoditi mnogo brže nego kroz tanku, tj. debela cijev će pružati manji otpor protoku vode. Na isti način, električna struja lakše prolazi kroz debeli provodnik nego kroz tanak, odnosno prvi mu pruža manji otpor od drugog.

Električni otpor vodiča jednak je specifičnom otporu materijala od kojeg je ovaj vodič napravljen, pomnoženo s dužinom vodiča i podijeljeno s površinom poprečnog presjeka vodiča:

R = pl / S ,

Gdje - R - otpor provodnika, ohm, l - dužina provodnika u m, S - površina poprečnog presjeka provodnika, mm 2.

Površina poprečnog presjeka okruglog provodnika izračunato po formuli:

S \u003d Pi x d 2 / 4

Gdje je Pi - konstantna vrijednost jednaka 3,14; d je prečnik provodnika.

I tako se određuje dužina provodnika:

l = S R / p ,

Ova formula omogućava određivanje dužine vodiča, njegovog poprečnog presjeka i otpornosti, ako su poznate druge veličine uključene u formulu.

Ako je potrebno odrediti površinu poprečnog presjeka vodiča, formula se svodi na sljedeći oblik:

S = pl / R

Transformirajući istu formulu i rješavajući jednakost s obzirom na p, nalazimo otpor provodnika:

R = R S / l

Posljednja formula se mora koristiti u slučajevima kada su otpor i dimenzije vodiča poznati, a njegov materijal nepoznat i, osim toga, teško ga je odrediti izgledom. Da biste to učinili, potrebno je odrediti otpor vodiča i pomoću tablice pronaći materijal koji ima takvu otpornost.

Drugi razlog koji utiče na otpor provodnika je temperatura.

Utvrđeno je da s porastom temperature otpor metalnih provodnika raste, a opada sa smanjenjem. Ovo povećanje ili smanjenje otpora za provodnike od čistog metala je skoro isto i u prosjeku iznosi 0,4% po 1°C. Otpor tekućih provodnika i uglja opada s povećanjem temperature.

Elektronska teorija strukture materije daje sljedeće objašnjenje za povećanje otpora metalnih provodnika s povećanjem temperature. Kada se zagrije, provodnik prima toplinsku energiju, koja se neizbježno prenosi na sve atome tvari, zbog čega se povećava intenzitet njihovog kretanja. Povećano kretanje atoma stvara veći otpor usmjerenom kretanju slobodnih elektrona, zbog čega raste otpor provodnika. Sa smanjenjem temperature stvaraju se bolji uslovi za usmjereno kretanje elektrona, a otpor provodnika se smanjuje. Ovo objašnjava zanimljiv fenomen - superprovodljivost metala.

Superprovodljivost, odnosno smanjenje otpora metala na nulu, događa se pri ogromnoj negativnoj temperaturi - 273 ° C, koja se naziva apsolutna nula. Na temperaturi od apsolutne nule, čini se da se atomi metala smrzavaju na mjestu, a da uopće ne ometaju kretanje elektrona.

Svako tijelo kroz koje teče električna struja ima određeni otpor prema njemu. Svojstvo materijala provodnika da spriječi prolaz električne struje kroz njega naziva se električni otpor.

Što je veći otpor vodiča, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je otpor vodiča manji, to je struja lakše proći kroz ovaj vodič.

Otpor različitih vodiča ovisi o materijalu od kojeg su izrađeni. Za karakterizaciju električnog otpora različitih materijala uveden je koncept tzv. otpornosti.

Otpornost je otpor vodiča dužine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 mm2. Otpornost je označena slovom grčkog alfabeta p (rho). Svaki materijal od kojeg je napravljen vodič ima svoju otpornost.

Na primjer, otpornost bakra je 0,0175, odnosno bakarni provodnik dužine 1 m i poprečnog presjeka 1 mm2 ima otpor od 0,0175 oma. Otpornost aluminijuma je 0,029, otpornost gvožđa je 0,135, otpornost konstantana je 0,48, a otpornost nihroma je 1-1,1.

Otpor provodnika je direktno proporcionalan njegovoj dužini, odnosno, što je provodnik duži, veći je njegov električni otpor.

Otpor vodiča obrnuto je proporcionalan njegovoj površini poprečnog presjeka, to jest, što je provodnik deblji, to je njegov otpor manji, i obrnuto, što je provodnik tanji, to je njegov otpor veći.

Otpor provodnika može se odrediti formulom:

gdje je r otpor provodnika u (Ohm); ρ je specifični otpor provodnika (Ohm*m); l je dužina provodnika u (m); S je poprečni presjek vodiča u (mm2).

primjer: Odrediti otpor 200 m bakarne žice poprečnog presjeka 1,5 mm2.

primjer: Odrediti otpor 200 m bakarne žice poprečnog presjeka 2,5 mm2.

Izolacija

Izolacija u elektrotehnici je strukturni element opreme koji sprječava prolaz električne struje kroz nju, na primjer, za zaštitu osobe.

Za izolaciju se koriste materijali sa dielektričnim svojstvima: staklo, keramika, brojni polimeri, liskun. Postoji i zračna izolacija, u kojoj zrak igra ulogu izolatora, a konstruktivni elementi fiksiraju prostornu konfiguraciju izolovanih provodnika tako da obezbjeđuju potrebne zračne praznine.

Izolacioni pokrivači se mogu izraditi:

• od električno izolacijske gume;
• od polietilena;
• od umreženog i pjenastog polietilena;
• silikonska guma;
• od polivinilhlorid plastikata (PVC);
• impregnirani kabelski papir;
• od politetrafluoroetilena.

Gumena izolacija

Gumena izolacija se može koristiti samo sa gumenim omotačem za crijevo (ako postoji). Budući da je guma napravljena od prirodne gume prilično skupa, gotovo sva guma koja se koristi u industriji kablova je umjetna. Dodajte gumi:

• sredstva za vulkanizaciju (elementi koji vam omogućavaju pretvaranje linearnih veza u gumi u prostorne veze u izolaciji, na primjer, sumpor);
• akceleratori vulkanizacije (smanjuju potrošnju vremena);
• punila (smanjuju cijenu materijala bez značajnog smanjenja tehničkih karakteristika);
• omekšivači (povećavaju plastična svojstva);
• antioksidansi (dodati školjkama da bi se oduprli sunčevom zračenju);
• boje (za davanje željene boje).

Guma vam omogućava da dodijelite velike radijuse savijanja kablovskih proizvoda, stoga se zajedno sa upletenom jezgrom koristi u provodnicima za pokretnu vezu (KG, KGESH kablovi, RPSh žica).
Specijalizacija: koriste se u općim industrijskim kabelima za mobilno povezivanje potrošača.

Pozitivna svojstva:

• niska cijena umjetne gume;
• dobra fleksibilnost;
• visoke karakteristike električne izolacije (6 puta veće od vrijednosti za PVC smjesu);
• praktično ne upija vodenu paru iz vazduha.

Negativne kvalitete:

• smanjenje električnog otpora kada temperatura poraste na +80°C;
• izlaganje sunčevom zračenju (svjetlosna oksidacija) s naknadnim karakterističnim pucanjem površinskog sloja (u odsustvu ljuske);
• uvođenje posebnih supstanci u sastav potrebno je za postizanje određene kemijske otpornosti;
• širi vatru.

Pročitajte također:

Proračun otpora žice. Online kalkulator.
Ovisnost otpora o materijalu vodiča, dužini, prečniku ili presjeku. Proračun površine poprečnog presjeka žica ovisno o snazi ​​opterećenja.

Na prvi pogled može izgledati da je ovaj članak iz rubrike "Električari na umu".
S jedne strane, a zašto ne, s druge strane, mi, radoznali elektronski inženjeri, ponekad moramo izračunati otpor namota induktora, ili domaćeg nihromskog otpornika, i šta je greha skrivati ​​- akustiku kabel za visokokvalitetnu opremu za reprodukciju zvuka.

Formula je ovdje prilično jednostavna R = p * l / S, gdje su l i S, respektivno, dužina i površina poprečnog presjeka vodiča, a p je otpornost materijala, tako da su ove proračuni se mogu raditi samostalno, naoružani kalkulatorom i A-molom mišlju da je sve prikupljene podatke potrebno unijeti u SI sistem.

Pa, za normalne dečake koji odluče da uštede svoje vreme i da se ne nerviraju zbog sitnica, nacrtajmo jednostavnu tabelu.

TABELA ZA PRORAČUN OTPORA PROVODNIKA

Ispostavilo se da je stranica usamljena, pa ću ovdje staviti tabelu za one koji žele povezati svoje vrijeme sa polaganjem električnih instalacija, povezati snažan izvor potrošnje energije ili samo pogledati u oči električara Vasilija i, “ pijuckajući iz lonca", postavite pošteno pitanje: "Zašto, zapravo? Možda su me odlučili upropastiti? Zašto mi trebaju četiri kvadrata bakra bez kisika za dvije sijalice i frižider? Zbog čega, zapravo?"

A mi ćemo ove proračune sa vama raditi ne slobodno, pa čak ni u skladu sa narodnom mudrošću, koja kaže da je "potrebna površina poprečnog preseka žice jednaka maksimalnoj struji podeljenoj sa 10", već u strogom skladu sa regulatornim dokumentima Ministarstvo energetike Rusije prema pravilima za električne instalacije.
Ova pravila zanemaruju žice s poprečnim presjekom manjim od 1,5 mm2. I njih ću ignorisati, ali za kompaniju i aluminijum, zbog njihove očigledne arhaičnosti.
Dakle.

Električni otpor i vodljivost

PRORAČUN POVRŠINE PRESEKA ŽICA U OVISNOSTI O SNAGE OPTEREĆENJA

Gubici u provodnicima nastaju zbog nenulte vrijednosti njihovog otpora, koji ovisi o dužini žice.
Vrijednosti snage ovih gubitaka koji se oslobađaju u obliku topline u okolni prostor date su u tabeli.
Kao rezultat toga, napon dolazi do potrošača energije na drugom kraju žice u nešto skraćenom obliku - manje nego što je bio na izvoru. Tablica pokazuje da, na primjer, pri mrežnom naponu od 220 V i dužini žice od 100 metara s poprečnim presjekom od 1,5 mm2, napon pri opterećenju od 4 kW neće biti 220, već 199 V.
Da li je to dobro ili loše?
Za neke uređaje, nije važno, neki će raditi, ali sa smanjenom snagom, a neki će se zakopčati i poslati vas u ludi fen za kosu zajedno s vašim dugim žicama i pametnim stolovima.
Dakle, Ministarstvo energetike je Ministarstvo energetike i ni pod kojim uslovima neće škoditi ni njegov vlastiti šef. Ako se situacija razvije na sličan način kao primjer, direktan put do izbora žica većeg poprečnog presjeka.

Struja u vodiču je direktno proporcionalna naponu na njemu.

Otpornost žice.

To znači da kako napon raste, raste i struja. Međutim, s istim naponom, ali korištenjem različitih vodiča, jačina struje je različita. Može se reći drugačije. Ako povećate napon, tada će se jačina struje povećati, ali svugdje na različite načine, ovisno o svojstvima vodiča.

Struja u odnosu na napon za dati provodnik je otpor tog vodiča. Označava se R i nalazi se po formuli R = U/I. To jest, otpor je definiran kao omjer napona i struje. Što je struja u vodiču pri datom naponu veća, to je njegov otpor manji. Što je veći napon pri datoj struji, to je veći otpor provodnika.

Formula se može prepisati u odnosu na jačinu struje: I \u003d U / R (Ohmov zakon). U ovom slučaju, jasnije je da što je veći otpor, to je niža jačina struje.

Možemo reći da otpor, takoreći, sprječava napon da stvori veliku struju.

Sam otpor je karakteristika provodnika. Ne zavisi od napona koji se na njega primenjuje. Ako se primijeni veliki napon, jačina struje će se promijeniti, ali se omjer U / I neće promijeniti, odnosno otpor se neće promijeniti.

Od čega zavisi otpor provodnika? Zavisti od

• dužina provodnika,
• njegova površina poprečnog presjeka,
• materijal od kojeg je napravljen provodnik,
• temperatura.

Da bi se spojila tvar i njen otpor, uvodi se koncept kao što je otpornost tvari. Pokazuje koliki će biti otpor u datoj tvari ako vodič od nje ima dužinu od 1 m i površinu poprečnog presjeka od 1 m2. Provodnici ove dužine i debljine, napravljeni od različitih materijala, imaće različite otpore. To je zbog činjenice da svaki metal (najčešće su vodiči) ima svoju kristalnu rešetku, svoj broj slobodnih elektrona.

Što je otpornost tvari niža, to je ona bolji provodnik električne struje. Mali otpor imaju, na primjer, srebro, bakar, aluminij; mnogo više u gvožđu, volframu; vrlo velika za razne legure.

Što je provodnik duži, to ima veći otpor. Ovo postaje jasno ako uzmemo u obzir da kretanje elektrona u metalima ometaju joni koji čine kristalnu rešetku. Što ih je više, odnosno što je provodnik duži, to je veća šansa da elektron uspori svoju putanju.

Međutim, povećanje površine poprečnog presjeka čini da se put čini širim. Lakše je da elektroni teku i ne sudaraju se sa čvorovima kristalne rešetke. Dakle, što je provodnik deblji, to je njegov otpor manji.

Dakle, otpor je direktno proporcionalan otpornosti (ρ) i dužini (l) provodnika i obrnuto zavisi od površine (S) njegovog poprečnog preseka. Dobijamo formulu otpora:

Na prvi pogled, ova formula ne odražava ovisnost otpora provodnika o njegovoj temperaturi. Međutim, otpornost tvari se mjeri na određenoj temperaturi (obično 20 °C). Dakle, temperatura se uzima u obzir. Za proračune se specifični otpori uzimaju iz posebnih tabela.

Za metalne provodnike, što je viša temperatura, to je veći otpor. To je zbog činjenice da kako temperatura raste, ioni rešetke počinju jače oscilirati i više ometati kretanje elektrona. Međutim, u elektrolitima (rastvorima u kojima naboj nose joni, a ne elektroni), otpor se smanjuje s povećanjem temperature. Ovdje je to zbog činjenice da što je temperatura viša, dolazi do više disocijacije na jone, a oni se brže kreću u otopini.