Når du designer elektriske kredsløb, er det vigtigt at vælge det rigtige materiale og tværsnit af ledninger. Oftest bruges kobber, som har lavere modstand, til disse formål.

Hvad afhænger modstanden af ​​et metal af?

Elektrisk strøm er den rettede bevægelse af ladede partikler. I metaller er disse frie elektroner. De bevæger sig mellem atomerne i krystalgitteret. Modstanden mod deres bevægelse afhænger af metallet eller legeringen såvel som dets temperatur - når den stiger, øges ledningens modstand mod elektrisk strøm.

Undtagelsen er specielle legeringer, der anvendes i måleinstrumenter. Modstande er lavet af dem, der ikke ændrer deres parametre, når temperaturen ændres. Derudover bruges to-leder ledninger til at forbinde termoelementer, hvoraf modstanden af ​​den ene stiger, når temperaturen stiger, og den anden falder. Som et resultat ændres kabelparametrene ikke.

Resistivitet af forskellige metaller

Forskellige metaller har forskellige egenskaber og bruges til forskellige formål.

Kobber og aluminium

De mest almindelige ledninger er kobber og aluminium. Kobber har lavere elektrisk modstand end aluminiumtråd, og kabler lavet af det har et mindre tværsnit. Det er stærkere, hvilket gør det muligt at gøre kablerne tyndere, samt fleksible og multi-core. Desuden er kobber loddet med tinlodder.

Men aluminium har én fordel: det er meget billigere. Derfor bruges den til vikling af transformatorer og lægning af ledninger, under drift, hvor der ikke er nogen bøjninger, bevægelse eller vibrationer.

Andre metaller

• Guld. Den har den laveste elektriske modstand, men på grund af dens pris bruges den kun visse steder inden for militær- og rumteknologi;
• Sølv. Det har et bedre pris/kvalitetsforhold end guld, men bruges også i begrænset omfang, primært til fremstilling af kontakter og stik - det oxiderer ikke;
• Nichrome (en legering af nikkel og krom) og fechral (jern, krom og aluminium). De har et højt smeltepunkt. Modstanden af ​​nichrom- og nichromtråd er stor nok til at lave varmeapparater og modstandstråde;
• Wolfram. Den har en høj resistivitet og er meget ildfast - 3422 grader. Det bruges til at lave filamenter i elpærer;
• Constantan. En legering af kobber, nikkel og mangan, der ikke ændrer sine egenskaber ved temperaturændringer. Anvendes til fremstilling af modstande i måleinstrumenter;
• Kompenserende. Kabler til tilslutning af termoelementer og andre sensorer er lavet af disse legeringer. Når temperaturen stiger, stiger den elektriske modstand i den ene leder, og den anden falder. Som følge heraf forbliver den samlede værdi uændret.

Interessant. I 50'erne blev transformere til højspændingsstationer med sølvviklinger designet. I betragtning af de reducerede tab var dette en fordel. Men på grund af stigningen i prisen på sølv på verdensmarkedet blev disse projekter ikke gennemført.

Valg af kabeltværsnit

Ved beregning af lederens tværsnit tages der hensyn til varme og spændingsfald i lange kabler. Du kan beregne ledningsmodstanden ved hjælp af specielle tabeller eller ved hjælp af online-beregnere.

Tværsnittet beregnet for tab kan være større eller mindre end det beregnede for opvarmning. Dette afhænger af kablets længde. For pakningen vælges en større værdi.

Valg af ledertværsnit baseret på tilladt opvarmning

Når der løber elektrisk strøm gennem kablet, opvarmes det. Denne opvarmning kan smelte isoleringen, hvilket vil føre til dens ødelæggelse og kortslutning af tilstødende ledninger til hinanden eller til jordede strukturelle dele.

Vigtig!Ødelæggelse af isolering og kortslutning. (kortslutning) kan forårsage brand.

For at forhindre en sådan situation skal kabeltværsnittet svare til belastningsstrømmen, isoleringstypen og installationsforholdene. Ledninger lagt åbent eller med varmebestandig isolering kan føre mere strøm end kabler lagt gennem vinyl- eller gummibeklædte ledninger.

Valg af tværsnit baseret på spændingstab

Når elektrisk strøm løber gennem kablet, falder spændingen nær belastningen. Dette skyldes det faktum, at selvom modstanden af ​​et lille stykke ledning og spændingsfaldet over det er lille, kan det over en lang længde nå en betydelig værdi.

For eksempel er modstanden af ​​kobbertråd 0,017 Ohm mm²/m. Men i et enkeltlederkabel 100 m langt med et tværsnit på 10 mm² vil det være 0,17 Ohm. Ved en strøm på 80A (tilladt til opvarmning) vil spændingsfaldet i et 220V netværk være 27V (100 m faseledning og 100 m neutral ledning med et fald på 13V i hver leder). Derfor må kabeltværsnittet ved et tilladt spændingsfald på 2% eller 5V ikke være mindre end 66 mm² eller den nærmeste større standardværdi - 75 mm².

Hvis varmetværsnittet beregnes ud fra elmotorens driftsstrøm og i området fra indgangsafbryderen til apparatet, skal tabsberegningen foretages ud fra startstrømmen under hensyntagen til hele længden af kablerne: fra hovedledningen til den elektriske maskine.

Modstanden af ​​en kobbertråd er en værdi, der påvirker valget af kabler og ledninger til viklingsspoler, når der designes elektriske kredsløb, samt elektriske motorer og transformere. At vide, hvordan man beregner ledermodstand og de nødvendige formler, hjælper dig med at designe elektriske ledninger korrekt og undgå nødsituationer.

Video

Når et elektrisk kredsløb er lukket, ved hvis terminaler der er en potentialforskel, opstår der en spænding. Frie elektroner, under påvirkning af elektriske feltkræfter, bevæger sig langs lederen. I deres bevægelse kolliderer elektroner med lederens atomer og giver dem en forsyning af deres kinetiske energi. Hastigheden af ​​elektronbevægelser ændrer sig konstant: når elektroner kolliderer med atomer, molekyler og andre elektroner, falder den, og under påvirkning af et elektrisk felt øges den og falder igen under en ny kollision. Som et resultat etableres en ensartet strøm af elektroner i lederen med en hastighed på flere brøkdele af en centimeter pr. sekund. Elektroner, der passerer gennem en leder, møder derfor altid modstand mod deres bevægelse fra dens side. Når elektrisk strøm passerer gennem en leder, varmes denne op.

Elektrisk modstand

Den elektriske modstand af en leder, som er angivet med et latinsk bogstav r, er et legemes eller mediums egenskab til at omdanne elektrisk energi til termisk energi, når en elektrisk strøm passerer gennem det.

I diagrammerne er elektrisk modstand angivet som vist i figur 1, EN.

Variabel elektrisk modstand, som tjener til at ændre strømmen i et kredsløb, kaldes rheostat. I diagrammerne er rheostater betegnet som vist i figur 1, b. Generelt er en reostat lavet af en ledning af en eller anden modstand, viklet på en isolerende base. Skyderen eller rheostatarmen er placeret i en bestemt position, som et resultat af hvilken den nødvendige modstand indføres i kredsløbet.

En lang leder med et lille tværsnit skaber en stor modstand mod strøm. Korte ledere med stort tværsnit giver ringe modstand mod strøm.

Hvis du tager to ledere fra forskellige materialer, men samme længde og tværsnit, så vil lederne lede strøm forskelligt. Dette viser, at modstanden af ​​en leder afhænger af selve lederens materiale.

Lederens temperatur påvirker også dens modstand. Når temperaturen stiger, stiger modstanden af ​​metaller, og modstanden af ​​væsker og kul falder. Kun nogle specielle metallegeringer (manganin, konstantan, nikkel og andre) ændrer næsten ikke deres modstand med stigende temperatur.

Så vi ser, at en leders elektriske modstand afhænger af: 1) lederens længde, 2) lederens tværsnit, 3) lederens materiale, 4) lederens temperatur.

Modstandsenheden er en ohm. Om er ofte repræsenteret med det græske store bogstav Ω (omega). Derfor, i stedet for at skrive "Ledermodstanden er 15 ohm", kan du blot skrive: r= 15 Ω.
1.000 ohm kaldes 1 kiloohm(1kOhm eller 1kΩ),
1.000.000 ohm kaldes 1 megaohm(1 mOhm eller 1 MΩ).

Når man sammenligner modstanden af ​​ledere fra forskellige materialer, er det nødvendigt at tage en vis længde og tværsnit for hver prøve. Så vil vi være i stand til at vurdere, hvilket materiale der leder elektrisk strøm bedre eller dårligere.

Video 1. Ledermodstand

Elektrisk resistivitet

Modstanden i ohm af en leder på 1 m lang med et tværsnit på 1 mm² kaldes resistivitet og er betegnet med det græske bogstav ρ (ro).

Tabel 1 viser resistiviteterne for nogle ledere.

tabel 1

Resistiviteter af forskellige ledere

Tabellen viser, at en jerntråd med en længde på 1 m og et tværsnit på 1 mm² har en modstand på 0,13 Ohm. For at få 1 Ohm modstand skal du tage 7,7 m af en sådan ledning. Sølv har den laveste resistivitet. 1 Ohm modstand kan opnås ved at tage 62,5 m sølvtråd med et tværsnit på 1 mm². Sølv er den bedste leder, men prisen på sølv udelukker muligheden for massebrug. Efter sølv i bordet kommer kobber: 1 m kobbertråd med et tværsnit på 1 mm² har en modstand på 0,0175 Ohm. For at få en modstand på 1 ohm skal du tage 57 m af en sådan ledning.

Kemisk rent kobber, opnået ved raffinering, har fundet udbredt anvendelse i elektroteknik til fremstilling af ledninger, kabler, viklinger af elektriske maskiner og enheder. Jern er også meget brugt som ledere.

Ledermodstanden kan bestemmes ved formlen:

Hvor r– ledermodstand i ohm; ρ – specifik modstand af lederen; l– lederlængde i m; S– ledertværsnit i mm².

Eksempel 1. Bestem modstanden af ​​200 m jerntråd med et tværsnit på 5 mm².

Eksempel 2. Beregn modstanden af ​​2 km aluminiumtråd med et tværsnit på 2,5 mm².

Ud fra modstandsformlen kan du nemt bestemme længden, modstanden og tværsnittet af lederen.

Eksempel 3. For en radiomodtager er det nødvendigt at vikle en 30 Ohm modstand fra nikkeltråd med et tværsnit på 0,21 mm². Bestem den nødvendige ledningslængde.

Eksempel 4. Bestem tværsnittet af 20 m nichromtråd, hvis modstanden er 25 ohm.

Eksempel 5. En ledning med et tværsnit på 0,5 mm² og en længde på 40 m har en modstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet.

Ifølge tabellen over resistiviteter finder vi, at den har en sådan modstand.

Det blev anført ovenfor, at ledernes modstand afhænger af temperaturen. Lad os lave følgende eksperiment. Lad os vikle flere meter tynd metaltråd i form af en spiral og forbinde denne spiral til batterikredsløbet. For at måle strøm forbinder vi et amperemeter til kredsløbet. Når spolen opvarmes i brænderens flamme, vil du bemærke, at amperemeteraflæsningerne vil falde. Dette viser, at modstanden af ​​en metaltråd stiger med opvarmning.

For nogle metaller, når de opvarmes med 100°, øges modstanden med 40-50%. Der er legeringer, der ændrer deres modstand lidt ved opvarmning. Nogle specielle legeringer viser stort set ingen ændring i modstanden, når temperaturen ændres. Modstanden stiger med stigende temperatur; modstanden af ​​elektrolytter (væskeledere), kul og nogle faste stoffer falder tværtimod.

Metallers evne til at ændre deres modstand med ændringer i temperatur bruges til at konstruere modstandstermometre. Dette termometer er en platintråd viklet på en glimmerramme. Ved at placere et termometer for eksempel i en ovn og måle modstanden af ​​platintråden før og efter opvarmning, kan temperaturen i ovnen bestemmes.

Ændringen i en leders modstand, når den opvarmes pr. 1 ohm startmodstand og pr. 1° temperatur kaldes temperaturkoefficient for modstand og er betegnet med bogstavet α.

Hvis ved temperatur t 0 ledermodstand er r 0°C og ved temperatur t lige med r t, derefter temperaturkoefficienten for modstand

Bemærk. Beregning ved hjælp af denne formel kan kun udføres i et bestemt temperaturområde (op til ca. 200°C).

Vi præsenterer værdierne for temperaturkoefficienten for modstand α for nogle metaller (tabel 2).

tabel 2

Temperaturkoefficientværdier for nogle metaller

Ud fra formlen for modstandens temperaturkoefficient bestemmer vi r t:

r t = r 0 .

Eksempel 6. Bestem modstanden af ​​en jerntråd opvarmet til 200°C, hvis dens modstand ved 0°C var 100 ohm.

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

Eksempel 7. Et modstandstermometer lavet af platintråd havde en modstand på 20 ohm i et rum ved 15°C. Termometeret blev anbragt i ovnen og efter nogen tid blev dets modstand målt. Det viste sig at være lig med 29,6 Ohm. Bestem temperaturen i ovnen.

Elektrisk ledningsevne

Hidtil har vi betragtet en leders modstand som den forhindring, som lederen giver for den elektriske strøm. Men stadig løber der strøm gennem lederen. Derfor har lederen foruden modstand (forhindring) også evnen til at lede elektrisk strøm, det vil sige ledningsevne.

Jo mere modstand en leder har, jo mindre ledningsevne har den, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere modstand en leder har, jo mere ledningsevne den har, jo lettere er det for strøm at passere gennem lederen. Derfor er modstanden og ledningsevnen af ​​en leder gensidige størrelser.

Fra matematik ved man, at inversen af ​​5 er 1/5 og omvendt er inversen af ​​1/7 7. Derfor, hvis modstanden af ​​en leder er angivet med bogstavet r, så er ledningsevnen defineret som 1/ r. Ledningsevne er normalt symboliseret med bogstavet g.

Elektrisk ledningsevne måles i (1/Ohm) eller i siemens.

Eksempel 8. Ledermodstanden er 20 ohm. Bestem dens ledningsevne.

Hvis r= 20 Ohm, altså

Eksempel 9. Lederens ledningsevne er 0,1 (1/Ohm). Bestem dens modstand

Hvis g = 0,1 (1/Ohm), så r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)

Elektrisk modstand er hovedkarakteristikken for ledermaterialer. Afhængigt af lederens anvendelsesområde kan værdien af ​​dens modstand spille både en positiv og negativ rolle i funktionen af ​​det elektriske system. Også den specifikke anvendelse af lederen kan nødvendiggøre at tage højde for yderligere egenskaber, hvis indflydelse i et bestemt tilfælde ikke kan forsømmes.

Ledere er rene metaller og deres legeringer. I et metal har atomer fikseret i en enkelt "stærk" struktur frie elektroner (den såkaldte "elektrongas"). Det er disse partikler, der i dette tilfælde er ladningsbærerne. Elektroner er i konstant, tilfældig bevægelse fra et atom til et andet. Når et elektrisk felt opstår (forbinder en spændingskilde til metallets ender), bliver elektronernes bevægelse i lederen ordnet. Bevægelige elektroner støder på forhindringer på deres vej forårsaget af ejendommelighederne ved lederens molekylære struktur. Når de kolliderer med en struktur, mister ladningsbærere deres energi, hvilket giver den til lederen (opvarmer den). Jo flere forhindringer en ledende struktur skaber for at lade bærere, jo højere modstand.

Når tværsnittet af den ledende struktur øges for et antal elektroner, vil "transmissionskanalen" blive bredere, og modstanden vil falde. Følgelig vil der være flere sådanne forhindringer, når længden af ​​tråden øges, og modstanden vil stige.

Således inkluderer den grundlæggende formel til beregning af modstand ledningens længde, tværsnitsarealet og en vis koefficient, der relaterer disse dimensionelle egenskaber til de elektriske mængder af spænding og strøm (1). Denne koefficient kaldes resistivitet.
R= r*L/S (1)

Resistivitet

Resistiviteten er uændret og er en egenskab ved det stof, som lederen er lavet af. Måleenheder r - ohm*m. Ofte er modstandsværdien angivet i ohm*mm sq./m. Dette skyldes, at tværsnitsarealet af de mest almindeligt anvendte kabler er relativt lille og måles i mm2. Lad os give et simpelt eksempel.

Opgave nr. 1. Kobbertrådslængde L = 20 m, tværsnit S = 1,5 mm. sq. Beregn ledningsmodstanden.
Løsning: resistivitet af kobbertråd r = 0,018 ohm*mm. kvm/m. Ved at erstatte værdierne i formel (1) får vi R=0,24 ohm.
Ved beregning af strømsystemets modstand skal modstanden af ​​en ledning ganges med antallet af ledninger.
Hvis du i stedet for kobber bruger aluminium med en højere resistivitet (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), så vil modstanden af ​​ledningerne stige tilsvarende. For eksemplet ovenfor vil modstanden være R = 0,373 ohm (55 % mere). Kobber og aluminium er hovedmaterialerne til ledninger. Der er metaller med lavere resistivitet end kobber, såsom sølv. Dens brug er dog begrænset på grund af dens åbenlyse høje omkostninger. Tabellen nedenfor viser modstanden og andre grundlæggende egenskaber for ledermaterialer.
Tabel - hovedkarakteristika for ledere

Varmetab af ledninger

Hvis der ved hjælp af kablet fra ovenstående eksempel tilsluttes en belastning på 2,2 kW til et enfaset 220 V-netværk, vil strøm I = P / U eller I = 2200/220 = 10 A strømme gennem ledningen. beregning af effekttab i lederen:
Ppr=(I^2)*R (2)
Eksempel nr. 2. Beregn aktive tab ved transmission af effekt på 2,2 kW i et netværk med en spænding på 220 V for den nævnte ledning.
Løsning: Ved at erstatte værdierne for strøm og ledningsmodstand i formel (2), opnår vi Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Når energi overføres fra netværket til belastningen, vil tab i ledningerne således være lidt mere end 2%. Denne energi omdannes til varme, der frigives af lederen til miljøet. I henhold til lederens varmetilstand (i henhold til den aktuelle værdi) er dens tværsnit valgt, styret af specielle tabeller.
For eksempel for ovenstående leder er den maksimale strøm 19 A eller 4,1 kW i et 220 V-netværk.

For at reducere aktive tab i elledninger anvendes øget spænding. Samtidig falder strømmen i ledningerne, tabene falder.

Effekt af temperatur

En stigning i temperaturen fører til en stigning i vibrationer af metalkrystalgitteret. Derfor støder elektroner på flere forhindringer, hvilket fører til en stigning i modstanden. Størrelsen af ​​"følsomheden" af metalmodstanden over for en temperaturstigning kaldes temperaturkoefficienten α. Formlen til beregning af temperatur er som følger
R=Rn*, (3)
hvor Rн – ledningsmodstand under normale forhold (ved temperatur t°н); t° er lederens temperatur.
Normalt er t°n = 20° C. Værdien af ​​α er også angivet for temperatur t°n.
Opgave 4. Beregn modstanden af ​​en kobbertråd ved en temperatur t° = 90° C. α kobber = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (opgave 1).
Løsning: Ved at erstatte værdierne i formel (3) får vi R = 0,312 Ohm. Modstanden af ​​den opvarmede ledning, der analyseres, er 30 % større end dens modstand ved stuetemperatur.

Effekt af frekvens

Når frekvensen af ​​strømmen i lederen stiger, sker processen med at forskyde ladninger tættere på dens overflade. Som følge af en stigning i koncentrationen af ​​ladninger i overfladelaget øges modstanden af ​​ledningen også. Denne proces kaldes "hudeffekten" eller overfladeeffekten. Hudkoefficient– effekten afhænger også af ledningens størrelse og form. For ovenstående eksempel, ved en AC-frekvens på 20 kHz, vil ledningsmodstanden stige med ca. 10%. Bemærk, at højfrekvente komponenter kan have et strømsignal fra mange moderne industri- og husholdningsforbrugere (energibesparende lamper, skiftende strømforsyninger, frekvensomformere og så videre).

Påvirkning af nabokonduktører

Der er et magnetfelt omkring enhver leder, som strøm løber igennem. Samspillet mellem felterne af naboledere forårsager også energitab og kaldes "nærhedseffekten". Bemærk også, at enhver metalleder har induktans skabt af den ledende kerne og kapacitans skabt af isoleringen. Disse parametre er også karakteriseret ved nærhedseffekten.

teknologier

Højspændingsledninger med nul modstand

Denne type ledning er meget udbredt i biltændingssystemer. Modstanden af ​​højspændingsledninger er ret lav og beløber sig til flere brøkdele af en ohm pr. meter længde. Lad os huske, at modstand af denne størrelsesorden ikke kan måles med et ohmmeter til generelle formål. Ofte bruges målebroer til opgaven med at måle lave modstande.
Strukturelt har sådanne ledninger et stort antal kobberkerner med isolering baseret på silikone, plast eller andre dielektriske stoffer. Det særlige ved brugen af ​​sådanne ledninger er ikke kun driften ved højspænding, men også overførsel af energi på kort tid (pulstilstand).

Bimetal kabel

Hovedanvendelsesområde for de nævnte kabler er transmission af højfrekvente signaler. Trådens kerne er lavet af en type metal, hvis overflade er belagt med en anden type metal. Da det ved høje frekvenser kun er lederens overfladelag, der er ledende, er det muligt at udskifte indersiden af ​​ledningen. Dette sparer dyrt materiale og forbedrer ledningens mekaniske egenskaber. Eksempler på sådanne ledninger: sølvbelagt kobber, kobberbelagt stål.

Konklusion

Trådmodstand er en værdi, der afhænger af en gruppe faktorer: ledertype, temperatur, strømfrekvens, geometriske parametre. Betydningen af ​​indflydelsen af ​​disse parametre afhænger af ledningens driftsbetingelser. Optimeringskriterier, afhængigt af opgaverne for ledninger, kan være: reduktion af aktive tab, forbedring af mekaniske egenskaber, reduktion af priser.

Begrebet elektrisk modstand og ledningsevne

Ethvert legeme, hvorigennem elektrisk strøm løber, udviser en vis modstand mod det.Egenskaben ved et ledermateriale til at forhindre elektrisk strøm i at passere gennem det kaldes elektrisk modstand.

Den elektroniske teori forklarer essensen af ​​den elektriske modstand af metalledere. Frie elektroner, når de bevæger sig langs en leder, støder på atomer og andre elektroner på deres vej utallige gange og mister, når de interagerer med dem, uundgåeligt en del af deres energi. Elektroner oplever en slags modstand mod deres bevægelse. Forskellige metalledere med forskellige atomstrukturer giver forskellig modstand mod elektrisk strøm.

Det samme forklarer væskelederes og gassers modstand mod passage af elektrisk strøm. Vi skal dog ikke glemme, at i disse stoffer er det ikke elektroner, men ladede partikler af molekyler, der møder modstand under deres bevægelse.

Modstand er angivet med de latinske bogstaver R eller r.

Enheden for elektrisk modstand er ohm.

Ohm er modstanden af ​​en kviksølvsøjle 106,3 cm høj med et tværsnit på 1 mm2 ved en temperatur på 0°C.

Hvis for eksempel en leders elektriske modstand er 4 ohm, så skrives det således: R = 4 ohm eller r = 4 ohm.

For at måle store modstande bruges en enhed kaldet megohm.

En megohm er lig med en million ohm.

Jo større modstand en leder har, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere modstand lederen har, jo lettere er det for elektrisk strøm at passere gennem denne leder.

For at karakterisere en leder (fra synspunktet om passage af elektrisk strøm gennem den), kan man derfor overveje ikke kun dens modstand, men også den gensidige af modstanden og kaldet ledningsevne.

Elektrisk ledningsevne er et materiales evne til at føre elektrisk strøm gennem sig selv.

Da ledningsevne er det gensidige af modstand, udtrykkes det som 1/R, og ledningsevne er angivet med det latinske bogstav g.

Indflydelsen af ​​ledermateriale, dets dimensioner og omgivelsestemperatur på værdien af ​​elektrisk modstand

Modstanden af ​​forskellige ledere afhænger af det materiale, de er lavet af. For at karakterisere den elektriske modstand af forskellige materialer er begrebet såkaldt resistivitet blevet introduceret.

Resistivitet er modstanden af ​​en leder med en længde på 1 m og et tværsnitsareal på 1 mm2. Resistivitet er angivet med bogstavet p i det græske alfabet. Hvert materiale, som en leder er lavet af, har sin egen resistivitet.

For eksempel er kobbers resistivitet 0,017, dvs. en kobberleder på 1 m lang og 1 mm2 tværsnit har en modstand på 0,017 ohm. Resistiviteten af ​​aluminium er 0,03, resistiviteten af ​​jern er 0,12, resistiviteten af ​​konstantan er 0,48, resistiviteten af ​​nichrom er 1-1,1.

En leders modstand er direkte proportional med dens længde, dvs. jo længere lederen er, jo større er dens elektriske modstand.

Modstanden af ​​en leder er omvendt proportional med dens tværsnitsareal, dvs. jo tykkere lederen, jo lavere modstand, og omvendt, jo tyndere lederen er, jo større modstand.

For bedre at forstå dette forhold, forestil dig to par af kommunikerende kar, hvor det ene par kar har et tyndt forbindelsesrør, og det andet har et tykt. Det er klart, at når et af karrene (hvert par) er fyldt med vand, vil dets overførsel til det andet kar gennem et tykt rør ske meget hurtigere end gennem et tyndt rør, dvs. et tykt rør vil have mindre modstand mod strømmen. af vand. På samme måde er det lettere for elektrisk strøm at passere gennem en tyk leder end gennem en tynd, dvs. den første giver den mindre modstand end den anden.

En leders elektriske modstand er lig med resistiviteten af ​​det materiale, som lederen er lavet af, ganget med lederens længde og divideret med lederens tværsnitsareal:

R = pl/S,

Hvor - R er lederens modstand, ohm, l er lederens længde i m, S er lederens tværsnitsareal, mm 2.

Tværsnitsareal af en rund leder beregnet med formlen:

S = Pi x d 2/4

Hvor er Pi - konstant værdi lig med 3,14; d er lederens diameter.

Og sådan bestemmes lederens længde:

l = S R / p,

Denne formel gør det muligt at bestemme længden af ​​lederen, dens tværsnit og resistivitet, hvis de andre mængder, der er inkluderet i formlen, er kendte.

Hvis det er nødvendigt at bestemme lederens tværsnitsareal, har formlen følgende form:

S = p l/R

Ved at transformere den samme formel og løse ligheden med hensyn til p, finder vi lederens resistivitet:

R = R S/l

Den sidste formel skal bruges i tilfælde, hvor lederens modstand og dimensioner er kendt, men dens materiale er ukendt og desuden vanskeligt at bestemme efter udseende. For at gøre dette skal du bestemme lederens resistivitet og ved hjælp af tabellen finde et materiale, der har en sådan resistivitet.

En anden grund, der påvirker ledernes modstand, er temperatur.

Det er blevet fastslået, at med stigende temperatur øges modstanden af ​​metalledere, og med faldende temperatur falder den. Denne stigning eller fald i modstanden for rene metalledere er næsten den samme og er i gennemsnit 0,4% pr. 1°C. Modstanden af ​​væskeledere og kulstof falder med stigende temperatur.

Den elektroniske teori om stofstrukturen giver følgende forklaring på stigningen i modstand af metalledere med stigende temperatur. Når den opvarmes, modtager lederen termisk energi, som uundgåeligt overføres til alle atomer i stoffet, som et resultat af, at intensiteten af ​​deres bevægelse øges. Den øgede bevægelse af atomer skaber større modstand mod frie elektroners retningsbestemte bevægelse, hvorfor lederens modstand øges. Efterhånden som temperaturen falder, skabes der bedre betingelser for retningsbestemt bevægelse af elektroner, og lederens modstand falder. Dette forklarer et interessant fænomen - superledning af metaller.

Superledningsevne, dvs. et fald i modstanden af ​​metaller til nul, forekommer ved en enorm negativ temperatur - 273 ° C, kaldet absolut nul. Ved en temperatur på det absolutte nulpunkt ser metalatomer ud til at fryse på plads uden overhovedet at forstyrre elektronernes bevægelse.

Ethvert legeme, hvorigennem elektrisk strøm løber, udviser en vis modstand mod det. Egenskaben ved et ledermateriale til at forhindre elektrisk strøm i at passere gennem det kaldes elektrisk modstand.

Jo større modstand en leder har, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere modstand lederen har, jo lettere er det for elektrisk strøm at passere gennem denne leder.

Modstanden af ​​forskellige ledere afhænger af det materiale, de er lavet af. For at karakterisere den elektriske modstand af forskellige materialer er begrebet såkaldt resistivitet blevet introduceret.

Specifik modstand er modstanden af ​​en leder med en længde på 1 m og et tværsnitsareal på 1 mm2. Resistivitet er angivet med bogstavet p (rho) i det græske alfabet. Hvert materiale, som en leder er lavet af, har sin egen resistivitet.

For eksempel er kobbers resistivitet 0,0175, dvs. en kobberleder med en længde på 1 m og et tværsnit på 1 mm2 har en modstand på 0,0175 ohm. Resistiviteten af ​​aluminium er 0,029, jerns resistivitet er 0,135, resistiviteten af ​​konstantan er 0,48, og resistiviteten af ​​nichrom er 1-1,1.

En leders modstand er direkte proportional med dens længde, dvs. jo længere lederen er, jo større er dens elektriske modstand.

Modstanden af ​​en leder er omvendt proportional med dens tværsnitsareal, dvs. jo tykkere lederen, jo lavere modstand, og omvendt, jo tyndere lederen er, jo større modstand.

Ledermodstanden kan bestemmes ved formlen:

hvor r er ledermodstanden i (Ohm); ρ—lederresistivitet (Ohm*m); l er længden af ​​lederen i (m); S - ledertværsnit i (mm2).

Eksempel: Bestem modstanden af ​​200 m kobbertråd med et tværsnit på 1,5 mm2.

Eksempel: Bestem modstanden af ​​200 m kobbertråd med et tværsnit på 2,5 mm2.

Isolering

Isolering i elektroteknik er et designelement af udstyr, der forhindrer passage af elektrisk strøm gennem det, for eksempel for at beskytte mennesker.

Materialer med dielektriske egenskaber bruges til isolering: glas, keramik, talrige polymerer, glimmer. Der er også luftisolering, hvor luft spiller rollen som en isolator, og strukturelle elementer fikserer den rumlige konfiguration af de isolerede ledere for at give de nødvendige luftspalter.

Isolerende dæksler kan fremstilles:

• lavet af elektrisk isolerende gummi;
• lavet af polyethylen;
• fremstillet af tværbundet og opskummet polyethylen;
• fra silikonegummi;
• lavet af polyvinylchloridplast (PVC);
• lavet af imprægneret kabelpapir;
• lavet af polytetrafluorethylen.

Gummi isolering

Gummiisolering kan kun bruges med en gummislangekappe (hvis tilgængelig). Da gummi fremstillet af naturgummi er ret dyrt, er næsten alt gummi, der bruges i kabelindustrien, kunstigt. Tilføj til gummi:

• vulkaniseringsmidler (elementer, der tillader omdannelsen af ​​lineære bindinger i gummi til rumlige bindinger i isolering, for eksempel svovl);
• vulkaniseringsacceleratorer (reducerer tidsforbrug);
• fyldstoffer (reducer prisen på materialet uden væsentligt at reducere tekniske egenskaber);
• blødgøringsmidler (øger plastegenskaber);
• antioxidanter (tilsat til skaller for modstand mod solstråling);
• farvestoffer (for at give den ønskede farve).

Gummi giver dig mulighed for at tildele store bøjningsradier til kabelprodukter, derfor bruges det sammen med en strenget kerne i ledere til bevægelige forbindelser (kabler af mærket KG, KGESH, RPSh-ledning).
Specialisering: anvendes i almindelige industrikabler til mobil tilslutning af forbrugere.

Positive egenskaber:

• lave omkostninger til kunstigt gummi;
• god fleksibilitet;
• høje elektriske isoleringsegenskaber (6 gange højere end værdien for PVC-plast);
• absorberer praktisk talt ikke vanddamp fra luften.

Negative egenskaber:

• reduktion i elektrisk modstand, når temperaturen stiger til +80°C;
• udsættelse for solstråling (let oxidation) efterfulgt af karakteristisk revnedannelse af overfladelaget (i fravær af en skal);
• det er nødvendigt at indføre specielle stoffer i sammensætningen for at opnå en vis kemisk resistens;
• spreder ilden.

Læs også:

Beregning af ledningsmodstand. Online lommeregner.
Modstandsafhængighed af ledermateriale, længde, diameter eller tværsnit. Beregning af tværsnitsareal af ledninger afhængig af belastningseffekt.

Ved første øjekast kan det se ud til, at denne artikel er fra afsnittet "Noter til elektrikere".
På den ene side, hvorfor ikke, på den anden side har vi, nysgerrige elektronikingeniører, nogle gange brug for at beregne modstanden af ​​viklingen af ​​en induktor eller en hjemmelavet nichrome modstand, og lad os være ærlige, et akustisk kabel til høj- kvalitetslydgengivelsesudstyr.

Formlen her er ret simpel R = p*l/S, hvor l og S er henholdsvis længden og tværsnitsarealet af lederen, og p er materialets resistivitet, så disse beregninger kan udføres selvstændigt, bevæbnet med en lommeregner og a-minderen mente, at alle indsamlede data skal føres til SI-systemet.

Nå, for normale fyre, der besluttede at spare deres tid og ikke blive nervøse over bagateller, tegner vi en simpel tabel.

TABEL TIL BEREGNING AF LEDERMODSTAND

Siden viste sig at være ensom, så jeg sætter en tabel her for dem, der ønsker at forbinde deres tid med at lægge elektriske ledninger, tilslutte en kraftig kilde til energiforbrug eller bare se elektrikeren Vasily ind i øjnene og, " nipper fra gryden," stille et rimeligt spørgsmål: "Hvorfor, præcis? Måske "Har du besluttet dig for at ødelægge mig? Hvorfor skal jeg bruge fire firkanter iltfrit kobber til to pærer og et køleskab? Til hvad præcist?"

Og vi vil lave disse beregninger ikke vilkårligt og ikke engang i overensstemmelse med folkevisdom, som siger, at "det krævede tværsnitsareal af ledningen er lig med den maksimale strøm divideret med 10", men i nøje overensstemmelse med lovgivningen dokumenter fra det russiske energiministerium om reglerne for opførelse af elektriske installationer.
Disse regler ignorerer ledninger med et tværsnit mindre end 1,5 mm2. Jeg vil også ignorere dem, og aluminium dem også, på grund af deres åbenlyse arkaiske natur.
Så.

Elektrisk modstand og ledningsevne

BEREGNING AF LEDNINGSOMRÅDET AFHÆNGIGT AF BELASTNINGSEFFEKT

Tab i ledere opstår på grund af den ikke-nul værdi af deres modstand, som afhænger af længden af ​​ledningen.
Effektværdierne for disse tab frigivet i form af varme til det omgivende rum er angivet i tabellen.
Som et resultat når spændingen energiforbrugeren i den anden ende af ledningen i en let reduceret form - mindre end den var ved kilden. Tabellen viser, at for eksempel med en netværksspænding på 220 V og en 100-meter ledningslængde med et tværsnit på 1,5 mm2, vil spændingen ved en belastning, der forbruger 4 kW, ikke være 220, men 199 V.
Er det godt eller dårligt?
For nogle enheder er det ligegyldigt, nogle vil fungere, men med reduceret strøm, og nogle vil sparke op og sende dig til en hårtørrer sammen med dine lange ledninger og smarte borde.
Derfor er Energiministeriet Energiministeriet, og ens eget hoved vil under ingen omstændigheder gøre ondt. Hvis situationen udvikler sig på lignende måde, er der en direkte vej til at vælge ledninger med et større tværsnit.

Strømstyrken i en leder er direkte proportional med spændingen over den.

Tråd modstand.

Det betyder, at når spændingen stiger, stiger strømmen også. Men med den samme spænding, men ved brug af forskellige ledere, er strømstyrken anderledes. Man kan sige det anderledes. Hvis du øger spændingen, så selvom strømstyrken vil stige, vil den være anderledes overalt, afhængigt af lederens egenskaber.

Strøm- og spændingsforholdet for den pågældende leder repræsenterer modstanden af ​​denne leder. Det er betegnet med R og findes ved formlen R = U/I. Det vil sige, modstand er defineret som forholdet mellem spænding og strøm. Jo større strøm der er i en leder ved en given spænding, jo lavere er modstanden. Jo større spænding for en given strøm, jo ​​større modstand af lederen.

Formlen kan omskrives i forhold til strømstyrke: I = U/R (Ohms lov). I dette tilfælde er det tydeligere, at jo større modstand, jo mindre er strømmen.

Vi kan sige, at modstand forhindrer spændingen i at skabe en stor strøm.

Modstand i sig selv er et kendetegn ved lederen. Det afhænger ikke af den spænding, der påføres den. Hvis der påføres en stor spænding, vil strømmen ændre sig, men U/I-forholdet ændres ikke, dvs. modstanden ændres ikke.

Hvad afhænger modstanden af ​​en leder af? Det er misundelse af

• leder længde,
• dets tværsnitsareal,
• det stof, som lederen er lavet af,
• temperatur.

For at forbinde et stof og dets resistens introduceres begrebet specifik resistens af et stof. Det viser, hvad modstanden vil være i et givet stof, hvis en leder lavet af det har en længde på 1 m og et tværsnitsareal på 1 m2. Ledere af samme længde og tykkelse, lavet af forskellige stoffer, vil have forskellig modstand. Dette skyldes det faktum, at hvert metal (oftest er de ledere) har sit eget krystalgitter, sit eget antal frie elektroner.

Jo lavere resistivitet et stof har, jo bedre leder af elektrisk strøm er det. For eksempel har sølv, kobber, aluminium lav resistivitet; meget mere til jern, wolfram; meget stor til forskellige legeringer.

Jo længere lederen er, jo større modstand har den. Dette bliver tydeligt, hvis vi tager i betragtning, at elektronernes bevægelse i metaller hindres af de ioner, der udgør krystalgitteret. Jo flere af dem, dvs. jo længere lederen er, jo større er chancen for elektronen for at bremse sin vej.

En forøgelse af tværsnitsarealet gør dog vejen bredere. Det er lettere for elektroner at flyde og ikke kollidere med krystalgitterets noder. Derfor, jo tykkere lederen er, jo lavere modstand.

Således er modstanden direkte proportional med lederens resistivitet (ρ) og længde (l) og omvendt proportional med arealet (S) af dens tværsnit. Vi får modstandsformlen:

Ved første øjekast afspejler denne formel ikke afhængigheden af ​​lederens modstand på dens temperatur. Et stofs resistivitet måles dog ved en bestemt temperatur (normalt 20 °C). Derfor tages der højde for temperatur. Til beregninger er resistiviteter taget fra specielle tabeller.

For metalledere gælder, at jo højere temperatur, jo større modstand. Dette skyldes, at når temperaturen stiger, begynder gitterionerne at vibrere kraftigere og forstyrrer elektronernes bevægelse. Men i elektrolytter (løsninger, hvor ladningen bæres af ioner frem for elektroner), falder modstanden med stigende temperatur. Her skyldes det, at jo højere temperatur, jo mere dissociation sker der til ioner, og de bevæger sig hurtigere i opløsningen.