Volframa pretestība. Elektriskā pretestība un vadītspēja

Daudzi cilvēki ir dzirdējuši par Oma likumu, bet ne visi zina, kas tas ir. Mācības sākas ar skolas fizikas kursu. Sīkāk tās māca Fizikas un elektrodinamikas fakultātē. Diez vai šīs zināšanas noderēs vidusmēra cilvēkam, taču tās ir nepieciešamas vispārējai attīstībai un citiem – nākotnes profesijai. No otras puses, pamatzināšanas par elektrību, tās uzbūvi un īpašībām mājās palīdzēs pasargāt sevi no kaitējuma. Ne velti Oma likumu sauc par elektrības pamatlikumu. Mājas meistaram ir jābūt zināšanām elektrības jomā, lai novērstu pārspriegumu, kas var izraisīt slodzes palielināšanos un ugunsgrēku.

Elektriskās pretestības jēdziens

Sakarību starp elektriskās ķēdes fiziskajiem pamatlielumiem – pretestību, spriegumu, strāvas stiprumu – atklāja vācu fiziķis Georgs Simons Omas.

Vadītāja elektriskā pretestība ir vērtība, kas raksturo tā pretestību elektriskajai strāvai. Citiem vārdiem sakot, daži elektroni, kas atrodas elektriskās strāvas ietekmē uz vadītāju, atstāj savu vietu kristāla režģī un tiek novirzīti uz vadītāja pozitīvo polu. Daži elektroni paliek režģī, turpinot griezties ap kodola atomu. Šie elektroni un atomi veido elektrisko pretestību, kas novērš atbrīvoto daļiņu kustību.

Iepriekš minētais process attiecas uz visiem metāliem, taču pretestība tajos notiek atšķirīgi. Tas ir saistīts ar atšķirīgo izmēru, formu un materiālu, no kura izgatavots vadītājs. Attiecīgi kristāla režģa izmēri dažādiem materiāliem ir dažādas formas, tāpēc elektriskā pretestība strāvas kustībai caur tiem nav vienāda.

No šī jēdziena izriet vielas pretestības definīcija, kas ir individuāls rādītājs katram metālam atsevišķi. Elektriskā pretestība (SER) ir fizikāls lielums, kas apzīmēts ar grieķu burtu ρ un ko raksturo metāla spēja novērst elektrības pāreju caur to.

Varš ir galvenais vadītāju materiāls

Vielas pretestību aprēķina pēc formulas, kur viens no svarīgiem rādītājiem ir elektriskās pretestības temperatūras koeficients. Tabulā ir norādītas trīs zināmu metālu pretestības vērtības temperatūras diapazonā no 0 līdz 100°C.

Ja ņemam dzelzs pretestību kā vienu no pieejamajiem materiāliem, kas vienāda ar 0,1 omu, tad 1 omam jums būs nepieciešami 10 metri. Sudrabam ir viszemākā elektriskā pretestība, kas ir 1 omi, tā būs 66,7 metri. Būtiska atšķirība, taču sudrabs ir dārgs metāls, kuru ne visur ir praktiski izmantot. Nākamais labākais rādītājs ir varš, kur nepieciešami 57,14 metri uz 1 omu. Pateicoties tā pieejamībai un izmaksām salīdzinājumā ar sudrabu, varš ir viens no populārākajiem materiāliem izmantošanai elektrotīklos. Vara stieples zemā pretestība vai vara stieples pretestība ļauj izmantot vara vadītāju daudzās zinātnes, tehnikas nozarēs, kā arī rūpnieciskiem un sadzīves mērķiem.

Pretestības vērtība

Pretestības vērtība nav nemainīga, tā mainās atkarībā no šādiem faktoriem:

• Izmērs. Jo lielāks ir vadītāja diametrs, jo vairāk elektronu tas izlaiž caur sevi. Tāpēc, jo mazāks ir tā izmērs, jo lielāka pretestība.
• Garums. Elektroni iziet cauri atomiem, tāpēc, jo garāks ir vads, jo vairāk elektronu jāpārvieto pa tiem. Veicot aprēķinus, ir jāņem vērā stieples garums un izmērs, jo, jo stieple ir garāka vai plānāka, jo lielāka ir tā pretestība un otrādi. Ja netiek aprēķināta izmantotā aprīkojuma slodze, tas var izraisīt stieples pārkaršanu un ugunsgrēku.
• Temperatūra. Ir zināms, ka temperatūrai ir liela ietekme uz vielu uzvedību dažādos veidos. Metāls, tāpat kā nekas cits, maina savas īpašības dažādās temperatūrās. Vara pretestība ir tieši atkarīga no vara temperatūras pretestības koeficienta un palielinās, kad to karsē.
• Korozija. Korozijas veidošanās ievērojami palielina slodzi. Tas notiek vides ietekmes, mitruma, sāls, netīrumu u.c izpausmju dēļ. Ieteicams izolēt un aizsargāt visus savienojumus, spailes, pagriezienus, uzstādīt aizsardzību uz ielas esošajām iekārtām un operatīvi nomainīt bojātos vadus, detaļas un mezglus.

Pretestības aprēķins

Aprēķini tiek veikti, projektējot objektus dažādiem mērķiem un izmantošanai, jo ikviena dzīvību nodrošina elektrība. Tiek ņemts vērā viss, sākot no apgaismes ķermeņiem un beidzot ar tehniski sarežģītu aprīkojumu. Mājās arī būtu lietderīgi veikt aprēķinu, īpaši, ja plānots nomainīt elektroinstalāciju. Privātmāju celtniecībai ir jāaprēķina slodze, pretējā gadījumā elektrisko vadu montāža var izraisīt ugunsgrēku.

Aprēķina mērķis ir noteikt visu izmantoto ierīču vadītāju kopējo pretestību, ņemot vērā to tehniskos parametrus. To aprēķina pēc formulas R=p*l/S, kur:

R – aprēķinātais rezultāts;

p – pretestības rādītājs no tabulas;

l – stieples (vadītāja) garums;

S – sekcijas diametrs.

Vienības

Starptautiskajā fizisko daudzumu vienību sistēmā (SI) elektrisko pretestību mēra omi (Omi). Pretestības mērvienība saskaņā ar SI sistēmu ir vienāda ar vielas pretestību, pie kuras no viena materiāla izgatavots 1 m garš vadītājs ar šķērsgriezumu 1 kv. m ir pretestība 1 Ohm. 1 omi/m izmantošana dažādiem metāliem ir skaidri parādīta tabulā.

Pretestības nozīme

Sakarību starp pretestību un vadītspēju var uzskatīt par savstarpējiem lielumiem. Jo augstāks ir viena vadītāja indikators, jo zemāks ir otra indikators un otrādi. Tāpēc, aprēķinot elektrisko vadītspēju, izmanto aprēķinu 1/r, jo X apgrieztais ir 1/X un otrādi. Specifisko rādītāju apzīmē ar burtu g.

Elektrolītiskā vara priekšrocības

Varš neaprobežojas ar tā zemo pretestības indeksu (pēc sudraba) kā priekšrocību. Tam piemīt unikālas īpašības, proti, plastiskums un augsta kaļamība. Pateicoties šīm īpašībām, elektrolītiskais varš tiek ražots ar augstu tīrības pakāpi, lai ražotu kabeļus, ko izmanto elektroierīcēs, datortehnikā, elektrorūpniecībā un automobiļu rūpniecībā.

Pretestības indeksa atkarība no temperatūras

Temperatūras koeficients ir vērtība, kas ir vienāda ar ķēdes daļas sprieguma izmaiņām un metāla pretestību temperatūras izmaiņu rezultātā. Lielākajai daļai metālu ir tendence palielināt pretestību, pieaugot temperatūrai kristāla režģa termisko vibrāciju dēļ. Vara temperatūras pretestības koeficients ietekmē vara stieples pretestību un temperatūrā no 0 līdz 100°C ir 4,1 10−3(1/Kelvins). Sudrabam šis rādītājs tādos pašos apstākļos ir 3,8, bet dzelzs - 6,0. Tas vēlreiz pierāda vara izmantošanas efektivitāti kā vadītāju.

Viens no populārākajiem metāliem rūpniecībā ir varš. To visplašāk izmanto elektriskajā un elektronikā. Visbiežāk to izmanto elektromotoru un transformatoru tinumu ražošanā. Galvenais šī konkrētā materiāla izmantošanas iemesls ir tas, ka vara elektriskā pretestība ir viszemākā no visiem pašlaik pieejamajiem materiāliem. Kamēr nav parādījies jauns materiāls ar zemāku šī indikatora vērtību, varam ar pārliecību teikt, ka vara aizstāšana nebūs.

Vara vispārīgās īpašības

Runājot par varu, jāsaka, ka elektriskās ēras rītausmā to sāka izmantot elektrisko iekārtu ražošanā. To sāka izmantot galvenokārt šī sakausējuma unikālo īpašību dēļ. Pats par sevi tas ir materiāls, kam raksturīgas augstas elastības un labas kaļamības īpašības.

Līdzās vara siltumvadītspējai viena no svarīgākajām priekšrocībām ir tā augstā elektrovadītspēja. Tieši šīs īpašības dēļ vara un ir kļuvis plaši izplatīts spēkstacijās, kurā tas darbojas kā universāls vadītājs. Visvērtīgākais materiāls ir elektrolītiskais varš, kuram ir augsta tīrības pakāpe 99,95%. Pateicoties šim materiālam, kļūst iespējams ražot kabeļus.

Elektrolītiskā vara izmantošanas plusi

Elektrolītiskā vara izmantošana ļauj sasniegt šādus rezultātus:

• Nodrošināt augstu elektrovadītspēju;
• Sasniegt izcilas stila spējas;
• Nodrošina augstu plastiskuma pakāpi.

Pielietošanas jomas

Kabeļu izstrādājumi, kas izgatavoti no elektrolītiskā vara, tiek plaši izmantoti dažādās nozarēs. Visbiežāk to izmanto šādās jomās:

• elektriskā rūpniecība;
• elektroierīces;
• automobiļu rūpniecība;
• datortehnikas ražošana.

Kāda ir pretestība?

Lai saprastu, kas ir varš un tā īpašības, ir jāsaprot šī metāla galvenais parametrs - pretestība. Tas būtu jāzina un jāizmanto, veicot aprēķinus.

Ar pretestību parasti saprot fizisku lielumu, ko raksturo kā metāla spēju vadīt elektrisko strāvu.

Šī vērtība ir arī jāzina, lai pareizi aprēķināt elektrisko pretestību diriģents. Veicot aprēķinus, viņi vadās arī pēc tā ģeometriskajiem izmēriem. Veicot aprēķinus, izmantojiet šādu formulu:

Šī formula ir pazīstama daudziem. Izmantojot to, jūs varat viegli aprēķināt vara kabeļa pretestību, koncentrējoties tikai uz elektriskā tīkla īpašībām. Tas ļauj aprēķināt jaudu, kas tiek neefektīvi iztērēta kabeļa serdeņa sildīšanai. Turklāt, līdzīga formula ļauj aprēķināt pretestību jebkurš kabelis. Nav svarīgi, kāds materiāls tika izmantots kabeļa izgatavošanai - varš, alumīnijs vai kāds cits sakausējums.

Tādu parametru kā elektriskā pretestība mēra omi*mm2/m. Dzīvoklī ievilktai vara elektroinstalācijai šis rādītājs ir 0,0175 Ohm*mm2/m. Ja mēģināt meklēt alternatīvu varam – materiālu, ko varētu izmantot tā vietā, tad par vienīgo piemēroto var uzskatīt tikai sudrabu, kuras pretestība ir 0,016 Ohm*mm2/m. Tomēr, izvēloties materiālu, ir jāpievērš uzmanība ne tikai pretestībai, bet arī reversajai vadītspējai. Šo vērtību mēra Siemens (cm).

Siemens = 1 / omi.

Jebkura svara vara šis sastāva parametrs ir 58 100 000 S/m. Kas attiecas uz sudrabu, tā apgrieztā vadītspēja ir 62 500 000 S/m.

Mūsu augsto tehnoloģiju pasaulē, kad katrā mājā ir liels skaits elektrisko ierīču un instalāciju, tāda materiāla kā vara nozīme ir vienkārši nenovērtējama. Šis materiāls, ko izmanto vadu izgatavošanai, bez kura nevar iztikt neviena telpa. Ja vara nepastāvētu, tad cilvēkam būtu jāizmanto vadi, kas izgatavoti no citiem pieejamiem materiāliem, piemēram, alumīnija. Tomēr šajā gadījumā nāktos saskarties ar vienu problēmu. Lieta tāda, ka šim materiālam ir daudz zemāka vadītspēja nekā vara vadītājiem.

Pretestība

Materiālu ar zemu elektrisko un siltuma vadītspēju jebkura svara izmantošana rada lielus elektroenerģijas zudumus. A tas ietekmē jaudas zudumu par izmantoto aprīkojumu. Lielākā daļa ekspertu varu sauc par galveno materiālu izolētu vadu izgatavošanai. Tas ir galvenais materiāls, no kura tiek izgatavoti ar elektrisko strāvu darbināmu iekārtu atsevišķi elementi.

• Datoros uzstādītās plates ir aprīkotas ar iegravētām vara pēdām.
• Varš tiek izmantots arī dažādu elektronisko ierīču komponentu izgatavošanai.
• Transformatoros un elektromotoros to attēlo tinums, kas izgatavots no šī materiāla.

Nav šaubu, ka šī materiāla pielietojuma joma paplašināsies līdz ar tehnoloģiskā progresa tālāku attīstību. Lai gan bez vara ir arī citi materiāli, dizaineri joprojām izmanto varu, veidojot iekārtas un dažādas instalācijas. Galvenais šī materiāla pieprasījuma iemesls ir ar labu elektrovadītspēju un siltumvadītspējušis metāls, ko tas nodrošina istabas temperatūrā.

Temperatūras pretestības koeficients

Visiem metāliem ar jebkādu siltumvadītspēju ir īpašība samazināt vadītspēju, palielinoties temperatūrai. Pazeminoties temperatūrai, palielinās vadītspēja. Īpaši interesanti eksperti sauc īpašību samazināt pretestību, samazinoties temperatūrai. Patiešām, šajā gadījumā, kad temperatūra telpā pazeminās līdz noteiktai vērtībai, vadītājs var zaudēt elektrisko pretestību un tas pāries supravadītāju klasē.

Lai noteiktu konkrēta svara konkrēta vadītāja pretestības vērtību istabas temperatūrā, ir kritiskais pretestības koeficients. Tā ir vērtība, kas parāda ķēdes posma pretestības izmaiņas, kad temperatūra mainās par vienu Kelvinu. Lai aprēķinātu vara vadītāja elektrisko pretestību noteiktā laika periodā, izmantojiet šādu formulu:

ΔR = α*R*ΔT, kur α ir elektriskās pretestības temperatūras koeficients.

Secinājums

Varš ir materiāls, ko plaši izmanto elektronikā. To izmanto ne tikai tinumos un ķēdēs, bet arī kā metālu kabeļu izstrādājumu ražošanai. Lai tehnika un aprīkojums darbotos efektīvi, tas ir nepieciešams pareizi aprēķināt elektroinstalācijas pretestību, ielikta dzīvoklī. Tam ir noteikta formula. Zinot to, varat veikt aprēķinu, kas ļauj noskaidrot optimālo kabeļa šķērsgriezuma izmēru. Šajā gadījumā ir iespējams izvairīties no iekārtas jaudas zuduma un nodrošināt tā efektīvu izmantošanu.

Elektriskā pretestība, kas izteikta omos, atšķiras no pretestības jēdziena. Lai saprastu, kas ir pretestība, mums tā jāsaista ar materiāla fizikālajām īpašībām.

Par vadītspēju un pretestību

Elektronu plūsma netraucēti nepārvietojas caur materiālu. Pastāvīgā temperatūrā elementārdaļiņas šūpojas miera stāvoklī. Turklāt elektroni vadītspējas joslā traucē viens otru caur savstarpēju atgrūšanos līdzīga lādiņa dēļ. Tā rodas pretestība.

Vadītspēja ir materiālu raksturīga īpašība, un tā nosaka lādiņu pārvietošanās vieglumu, ja viela tiek pakļauta elektriskā lauka iedarbībai. Pretestība ir materiāla apgrieztā vērtība, un tā apraksta grūtības pakāpi, ar kādu saskaras elektroni, pārvietojoties caur materiālu, norādot, cik labs vai slikts ir vadītājs.

Svarīgs! Elektriskā pretestība ar augstu vērtību norāda, ka materiāls ir slikts vadītājs, savukārt pretestība ar zemu vērtību norāda uz labu vadītāju.

Īpatnējo vadītspēju apzīmē ar burtu σ un aprēķina pēc formulas:

Pretestību ρ kā apgrieztu rādītāju var atrast šādi:

Šajā izteiksmē E ir radītā elektriskā lauka intensitāte (V/m), bet J ir elektriskās strāvas blīvums (A/m²). Tad mērvienība ρ būs:

V/m x m²/A = omi m.

Vadītspējai σ mērvienība, kurā to mēra, ir S/m vai Sīmens uz metru.

Materiālu veidi

Pēc materiālu pretestības tos var iedalīt vairākos veidos:

1. Diriģenti. Tie ietver visus metālus, sakausējumus, šķīdumus, kas disociēti jonos, kā arī termiski ierosinātas gāzes, tostarp plazmu. No nemetāliem kā piemēru var minēt grafītu;
2. Pusvadītāji, kas patiesībā ir nevadoši materiāli, kuru kristāla režģi ir mērķtiecīgi leģēti ar svešu atomu iekļaušanu ar lielāku vai mazāku saistīto elektronu skaitu. Rezultātā režģa struktūrā veidojas gandrīz brīvi lieki elektroni vai caurumi, kas veicina strāvas vadītspēju;
3. Dielektriķi vai disociēti izolatori ir visi materiāli, kuriem normālos apstākļos nav brīvu elektronu.

Elektroenerģijas transportēšanai vai elektroinstalācijās sadzīves un rūpnieciskām vajadzībām bieži izmantots materiāls ir varš viendzīslu vai daudzdzīslu kabeļu veidā. Alternatīvs metāls ir alumīnijs, lai gan vara pretestība ir 60% no alumīnija pretestības. Bet tas ir daudz vieglāks par varu, kas iepriekš noteica tā izmantošanu augstsprieguma elektropārvades līnijās. Zelts tiek izmantots kā vadītājs speciālās elektriskās ķēdēs.

Interesanti. Starptautiskā elektrotehniskā komisija 1913. gadā pieņēma tīra vara elektrovadītspēju kā šīs vērtības standartu. Pēc definīcijas vara vadītspēja, ko mēra 20° leņķī, ir 0,58108 S/m. Šo vērtību sauc par 100% LACS, un atlikušo materiālu vadītspēja tiek izteikta kā noteikta LACS procentuālā daļa.

Lielākajai daļai metālu vadītspējas vērtība ir mazāka par 100% LACS. Tomēr ir izņēmumi, piemēram, sudrabs vai īpašs varš ar ļoti augstu vadītspēju, attiecīgi apzīmēti ar C-103 un C-110.

Dielektriķi nevada elektrību un tiek izmantoti kā izolatori. Izolatoru piemēri:

• stikls,
• keramika,
• plastmasas,
• gumija,
• vizla,
• vasks,
• papīrs,
• sausa koksne,
• porcelāns,
• daži tauki rūpnieciskai un elektriskai lietošanai un bakelīts.

Starp trim grupām pārejas ir plūstošas. Ir droši zināms: nav absolūti nevadošu mediju un materiālu. Piemēram, gaiss istabas temperatūrā ir izolators, bet, pakļaujoties spēcīgam zemfrekvences signālam, tas var kļūt par vadītāju.

Vadītspējas noteikšana

Salīdzinot dažādu vielu elektrisko pretestību, ir nepieciešami standartizēti mērīšanas apstākļi:

1. Šķidrumu, sliktu vadītāju un izolatoru gadījumā tiek izmantoti kubiskie paraugi ar malas garumu 10 mm;
2. Augsnes un ģeoloģisko veidojumu pretestības vērtības nosaka kubos, kuru katras malas garums ir 1 m;
3. Šķīduma vadītspēja ir atkarīga no tā jonu koncentrācijas. Koncentrēts šķīdums ir mazāk disociēts un tajā ir mazāk lādiņu nesēju, kas samazina vadītspēju. Palielinoties atšķaidījumam, jonu pāru skaits palielinās. Šķīdumu koncentrācija ir iestatīta uz 10%;
4. Metāla vadītāju pretestības noteikšanai tiek izmantoti vadi ar metru garumu un 1 mm² šķērsgriezumu.

Ja kāds materiāls, piemēram, metāls, var nodrošināt brīvos elektronus, tad, kad tiek piemērota potenciālu starpība, caur vadu plūst elektriskā strāva. Palielinoties spriegumam, vairāk elektronu pārvietojas caur vielu laika vienībā. Ja visi papildu parametri (temperatūra, šķērsgriezuma laukums, garums un stieples materiāls) ir nemainīgi, tad arī strāvas attiecība pret pievadīto spriegumu ir nemainīga un to sauc par vadītspēju:

Attiecīgi elektriskā pretestība būs:

Rezultāts ir omos.

Savukārt vadītājs var būt dažāda garuma, šķērsgriezuma izmēra un izgatavots no dažādiem materiāliem, kas nosaka R vērtību. Matemātiski šī attiecība izskatās šādi:

Materiālais koeficients ņem vērā koeficientu ρ.

No tā mēs varam iegūt pretestības formulu:

Ja S un l vērtības atbilst dotajiem pretestības salīdzinošā aprēķina nosacījumiem, t.i., 1 mm² un 1 m, tad ρ = R. Mainoties vadītāja izmēriem, mainās arī omu skaits.

Elektriskā pretestība ir vadošo materiālu galvenā īpašība. Atkarībā no vadītāja pielietojuma jomas, tā pretestības vērtībai var būt gan pozitīva, gan negatīva loma elektriskās sistēmas darbībā. Tāpat īpašais vadītāja pielietojums var radīt nepieciešamību ņemt vērā papildu īpašības, kuru ietekmi konkrētā gadījumā nevar atstāt novārtā.

Vadītāji ir tīri metāli un to sakausējumi. Metālā atomiem, kas fiksēti vienā “spēcīgā” struktūrā, ir brīvie elektroni (tā sauktā “elektronu gāze”). Tieši šīs daļiņas šajā gadījumā ir lādiņu nesēji. Elektroni atrodas pastāvīgā, nejaušā kustībā no viena atoma uz otru. Kad parādās elektriskais lauks (savienojot sprieguma avotu ar metāla galiem), elektronu kustība vadītājā kļūst sakārtota. Kustīgie elektroni savā ceļā sastopas ar šķēršļiem, ko izraisa vadītāja molekulārās struktūras īpatnības. Saskaroties ar konstrukciju, lādiņnesēji zaudē savu enerģiju, atdodot to vadītājam (uzsildot). Jo vairāk šķēršļu vadoša struktūra rada uzlādes nesējiem, jo ​​lielāka ir pretestība.

Palielinoties vadošās struktūras šķērsgriezumam vienam elektronu skaitam, “pārraides kanāls” kļūs platāks un pretestība samazināsies. Attiecīgi, palielinoties stieples garumam, šādu šķēršļu būs vairāk un pretestība palielināsies.

Tādējādi pretestības aprēķināšanas pamatformula ietver stieples garumu, šķērsgriezuma laukumu un noteiktu koeficientu, kas saista šos izmēru raksturlielumus ar sprieguma un strāvas elektriskajiem lielumiem (1). Šo koeficientu sauc par pretestību.
R= r*L/S (1)

Pretestība

Pretestība ir nemainīga un ir tās vielas īpašība, no kuras tiek izgatavots vadītājs. Mērvienības r - omi*m. Bieži vien pretestības vērtība tiek norādīta omi * mm kv./m. Tas ir saistīts ar faktu, ka visbiežāk izmantoto kabeļu šķērsgriezuma laukums ir salīdzinoši mazs un tiek mērīts mm2. Sniegsim vienkāršu piemēru.

Uzdevums Nr.1. Vara stieples garums L = 20 m, šķērsgriezums S = 1,5 mm. kv. Aprēķiniet stieples pretestību.
Risinājums: vara stieples pretestība r = 0,018 omi*mm. kv./m. Aizvietojot vērtības formulā (1), mēs iegūstam R=0,24 omi.
Aprēķinot energosistēmas pretestību, viena vada pretestība jāreizina ar vadu skaitu.
Ja vara vietā izmantojat alumīniju ar lielāku pretestību (r = 0,028 omi * mm kv. / m), tad attiecīgi palielināsies vadu pretestība. Iepriekš minētajā piemērā pretestība būs R = 0,373 omi (par 55% vairāk). Varš un alumīnijs ir galvenie vadu materiāli. Ir metāli ar zemāku pretestību nekā varš, piemēram, sudrabs. Tomēr tā izmantošana ir ierobežota acīmredzami augsto izmaksu dēļ. Zemāk esošajā tabulā parādīta vadītāju materiālu pretestība un citi pamatīpašības.
Tabula - vadītāju galvenie raksturlielumi

Vadu siltuma zudumi

Ja, izmantojot iepriekšminētā piemēra kabeli, 2,2 kW slodze ir pievienota vienfāzes 220 V tīklam, tad caur vadu plūst strāva I = P / U vai I = 2200/220 = 10 A jaudas zudumu aprēķināšana vadītājā:
Ppr=(I^2)*R (2)
Piemērs Nr. 2. Aprēķināt aktīvos zudumus, pārraidot jaudu 2,2 kW tīklā ar spriegumu 220 V minētajam vadam.
Risinājums: aizstājot vadu strāvas un pretestības vērtības formulā (2), iegūstam Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Tādējādi, pārsūtot enerģiju no tīkla uz slodzi, zudumi vados būs nedaudz vairāk par 2%. Šī enerģija tiek pārvērsta siltumā, ko vadītājs izdala vidē. Atbilstoši vadītāja apkures stāvoklim (saskaņā ar pašreizējo vērtību) tiek izvēlēts tā šķērsgriezums, vadoties pēc īpašām tabulām.
Piemēram, iepriekšminētajam vadītājam maksimālā strāva ir 19 A vai 4,1 kW 220 V tīklā.

Lai samazinātu aktīvos zudumus elektropārvades līnijās, tiek izmantots paaugstināts spriegums. Tajā pašā laikā strāva vados samazinās, zudumi samazinās.

Temperatūras ietekme

Temperatūras paaugstināšanās izraisa metāla kristāla režģa vibrāciju palielināšanos. Attiecīgi elektroni sastopas ar vairāk šķēršļu, kas izraisa pretestības palielināšanos. Metāla pretestības “jutības” pret temperatūras paaugstināšanos lielumu sauc par temperatūras koeficientu α. Temperatūras aprēķināšanas formula ir šāda
R=Rн*, (3)
kur Rн – stieples pretestība normālos apstākļos (pie temperatūras t°н); t° ir vadītāja temperatūra.
Parasti t°n = 20° C. α vērtību norāda arī temperatūrai t°n.
4. uzdevums. Aprēķināt vara stieples pretestību temperatūrā t° = 90° C. α varš = 0,0043, Rн = 0,24 omi (1. uzdevums).
Risinājums: aizstājot vērtības formulā (3), mēs iegūstam R = 0,312 omi. Analizētā sakarsētā stieples pretestība ir par 30% lielāka nekā tās pretestība istabas temperatūrā.

Frekvences ietekme

Palielinoties strāvas frekvencei vadītājā, notiek lādiņu pārvietošanas process tuvāk tā virsmai. Lādiņu koncentrācijas pieauguma rezultātā virsmas slānī palielinās arī stieples pretestība. Šo procesu sauc par “ādas efektu” vai virsmas efektu. Ādas koeficients– efekts ir atkarīgs arī no stieples izmēra un formas. Iepriekš minētajā piemērā pie maiņstrāvas frekvences 20 kHz stieples pretestība palielināsies par aptuveni 10%. Ņemiet vērā, ka augstfrekvences komponentiem var būt strāvas signāls no daudziem mūsdienu rūpnieciskajiem un mājsaimniecības patērētājiem (enerģijas taupīšanas spuldzes, komutācijas barošanas avoti, frekvences pārveidotāji utt.).

Kaimiņu diriģentu ietekme

Ap jebkuru vadītāju, caur kuru plūst strāva, ir magnētiskais lauks. Blakus esošo vadītāju lauku mijiedarbība izraisa arī enerģijas zudumus, un to sauc par “tuvuma efektu”. Ņemiet vērā arī to, ka jebkuram metāla vadītājam ir vadošā serdeņa radītā induktivitāte un izolācijas radītā kapacitāte. Šos parametrus raksturo arī tuvuma efekts.

Tehnoloģijas

Augstsprieguma vadi ar nulles pretestību

Šāda veida vadi tiek plaši izmantoti automašīnu aizdedzes sistēmās. Augstsprieguma vadu pretestība ir diezgan zema un sasniedz vairākas omu daļas uz garuma metru. Atcerēsimies, ka šāda lieluma pretestību nevar izmērīt ar vispārējas nozīmes ommetru. Mērīšanas tiltus bieži izmanto zemu pretestību mērīšanai.
Strukturāli šādiem vadiem ir liels skaits vara serdeņu ar izolāciju, kuras pamatā ir silikons, plastmasa vai citi dielektriķi. Šādu vadu izmantošanas īpatnība ir ne tikai darbība pie augsta sprieguma, bet arī enerģijas pārnešana īsā laika periodā (impulsa režīms).

Bimetāla kabelis

Galvenā minēto kabeļu pielietojuma joma ir augstfrekvences signālu pārraide. Stieples serde ir izgatavota no viena veida metāla, kura virsma ir pārklāta ar cita veida metālu. Tā kā augstās frekvencēs vadošs ir tikai vadītāja virsmas slānis, ir iespējams nomainīt stieples iekšpusi. Tas ietaupa dārgu materiālu un uzlabo stieples mehāniskās īpašības. Šādu vadu piemēri: sudrabots varš, ar varu pārklāts tērauds.

Secinājums

Vadu pretestība ir vērtība, kas ir atkarīga no faktoru grupas: vadītāja veida, temperatūras, strāvas frekvences, ģeometriskajiem parametriem. Šo parametru ietekmes nozīme ir atkarīga no stieples darbības apstākļiem. Optimizācijas kritēriji atkarībā no vadu uzdevumiem var būt: aktīvo zudumu samazināšana, mehānisko īpašību uzlabošana, cenu samazināšana.

Tāpēc ir svarīgi zināt visu izmantoto elementu un materiālu parametrus. Un ne tikai elektriskā, bet arī mehāniskā. Un jūsu rīcībā ir daži ērti uzziņas materiāli, kas ļauj salīdzināt dažādu materiālu īpašības un izvēlēties dizainam un darbam tieši to, kas būs optimāls konkrētajā situācijā.
Energopārvades līnijās, kur mērķis ir piegādāt enerģiju patērētājam maksimāli produktīvā veidā, tas ir, ar augstu efektivitāti, tiek ņemta vērā gan zudumu ekonomija, gan pašu līniju mehānika. Līnijas galīgā ekonomiskā efektivitāte ir atkarīga no mehānikas - tas ir, vadītāju, izolatoru, balstu, pakāpju/pakāpju transformatoru ierīces un izvietojuma, visu konstrukciju svara un izturības, ieskaitot lielos attālumos izstieptus vadus, kā arī katram konstrukcijas elementam izvēlētie materiāli, tā darba un ekspluatācijas izmaksas. Turklāt elektroenerģiju pārvadošajās līnijās ir augstākas prasības gan pašu līniju, gan visa apkārtējā, kur tās iet, drošības nodrošināšanai. Un tas palielina izmaksas gan elektrības vadu nodrošināšanai, gan visu konstrukciju papildu drošības rezervei.

Salīdzinājumam dati parasti tiek reducēti līdz vienai, salīdzināmai formai. Bieži vien šādiem raksturlielumiem tiek pievienots epitets “specifisks”, un pašas vērtības tiek uzskatītas, pamatojoties uz noteiktiem standartiem, kurus vieno fiziskie parametri. Piemēram, elektriskā pretestība ir tāda vadītāja pretestība (omi), kas izgatavots no kāda metāla (vara, alumīnija, tērauda, ​​volframa, zelta), kura garums un šķērsgriezuma vienība izmantotajā mērvienību sistēmā (parasti SI) ). Turklāt ir norādīta temperatūra, jo, sildot, vadītāju pretestība var izturēties atšķirīgi. Par pamatu tiek ņemti normāli vidējie darbības apstākļi - 20 grādi pēc Celsija. Un tur, kur īpašības ir svarīgas, mainot vides parametrus (temperatūra, spiediens), tiek ieviesti koeficienti un tiek sastādītas papildu tabulas un atkarību grafiki.

Pretestības veidi

Tā kā notiek pretestība:

• aktīvs vai omisks, rezistīvs, ko rada elektrības patēriņš vadītāja (metāla) sildīšanai, kad caur to iet elektriskā strāva, un
• reaktīvs - kapacitatīvs vai induktīvs - kas rodas no neizbēgamiem zaudējumiem, kas rodas, radot jebkādas izmaiņas strāvā, kas iet caur elektrisko lauku vadītāju, tad vadītāja pretestība ir divu veidu:

1. Īpatnējā elektriskā pretestība līdzstrāvai (ar pretestību) un
2. Īpatnējā elektriskā pretestība pret maiņstrāvu (ar reaktīvu raksturu).

Šeit 2. tipa pretestība ir sarežģīta vērtība, tā sastāv no diviem TC komponentiem - aktīvās un reaktīvās, jo pretestība vienmēr pastāv, kad strāva iet, neatkarīgi no tās rakstura, un reaktīvā pretestība notiek tikai ar jebkādām strāvas izmaiņām ķēdēs. Līdzstrāvas ķēdēs pretestība notiek tikai pārejas procesos, kas saistīti ar strāvas ieslēgšanu (strāvas maiņa no 0 uz nominālo) vai izslēgšanos (atšķirība no nominālās uz 0). Un tos parasti ņem vērā tikai projektējot aizsardzību pret pārslodzi.

Maiņstrāvas ķēdēs ar pretestību saistītās parādības ir daudz daudzveidīgākas. Tie ir atkarīgi ne tikai no faktiskās strāvas pārejas caur noteiktu šķērsgriezumu, bet arī no vadītāja formas, un atkarība nav lineāra.

Fakts ir tāds, ka maiņstrāva inducē elektrisko lauku gan ap vadītāju, caur kuru tā plūst, gan pašā vadītājā. Un no šī lauka rodas virpuļstrāvas, kas rada faktiskās galvenās lādiņu kustības “izstumšanas” efektu no visa vadītāja šķērsgriezuma dziļumiem uz tā virsmu, tā saukto “ādas efektu” (no plkst. āda - āda). Izrādās, ka virpuļstrāvas, šķiet, “nozog” tā šķērsgriezumu no vadītāja. Strāva plūst noteiktā slānī tuvu virsmai, atlikušais vadītāja biezums paliek neizmantots, tas nesamazina tā pretestību, un vienkārši nav jēgas palielināt vadītāju biezumu. Īpaši augstās frekvencēs. Tāpēc maiņstrāvai pretestību mēra tādos vadītāju posmos, kur visu tās posmu var uzskatīt par tuvu virsmai. Šādu vadu sauc par plānu, tā biezums ir vienāds ar divkāršu šī virsmas slāņa dziļumu, kur virpuļstrāvas izspiež vadītājā plūstošo lietderīgo galveno strāvu.

Protams, apaļo vadu biezuma samazināšana neizsmeļ efektīvu maiņstrāvas vadīšanu. Vadu var atšķaidīt, bet tajā pašā laikā izgatavot plakanu lentes formā, tad šķērsgriezums būs lielāks nekā apaļajam vadam, un attiecīgi arī pretestība būs mazāka. Turklāt, vienkārši palielinot virsmas laukumu, tiks palielināts efektīvais šķērsgriezums. To pašu var panākt, izmantojot savītu vadu, nevis viendzīslu, turklāt savītais vads ir elastīgāks par viendzīslu, kas bieži vien ir arī vērtīgs. Savukārt, ņemot vērā mizas efektu vados, vadus iespējams veidot kompozītus, veidojot serdi no metāla, kuram ir labas stiprības īpašības, piemēram, tērauda, ​​bet zemas elektriskās īpašības. Šajā gadījumā virs tērauda tiek izgatavots alumīnija pinums, kuram ir mazāka pretestība.

Papildus ādas efektam maiņstrāvas plūsmu vadītājos ietekmē virpuļstrāvas ierosme apkārtējos vadītājos. Šādas strāvas sauc par indukcijas strāvām, un tās tiek inducētas gan metālos, kas nepilda elektroinstalācijas lomu (nesošie konstrukcijas elementi), gan visa vadošā kompleksa vados - spēlējot citu fāžu vadu lomu, neitrāla. , zemējums.

Visas šīs parādības rodas visās elektriskās konstrukcijās, tāpēc ir vēl svarīgāk iegūt visaptverošu atsauci uz visdažādākajiem materiāliem.

Vadītāju pretestība tiek mērīta ar ļoti jutīgiem un precīziem instrumentiem, jo ​​elektroinstalācijai tiek izvēlēti metāli ar viszemāko pretestību - omi * 10 -6 uz garuma metru un kv.m. mm. sadaļas. Lai izmērītu izolācijas pretestību, jums ir nepieciešami instrumenti, gluži pretēji, ar ļoti lielu pretestības vērtību diapazonu - parasti megaomi. Ir skaidrs, ka vadītājiem ir jāvada labi, un izolatoriem ir labi jāizolē.

Tabula

Dzelzs kā vadītājs elektrotehnikā

Dzelzs ir visizplatītākais metāls dabā un tehnoloģijā (pēc ūdeņraža, kas arī ir metāls). Tas ir lētākais un ar izcilām stiprības īpašībām, tāpēc to visur izmanto kā dažādu konstrukciju stiprības pamatu.

Elektrotehnikā dzelzi izmanto kā vadītāju elastīgu tērauda stiepļu veidā, kur nepieciešama fiziskā izturība un elastība, un nepieciešamo pretestību var sasniegt ar atbilstošu šķērsgriezumu.

Izmantojot dažādu metālu un sakausējumu pretestību tabulu, varat aprēķināt no dažādiem vadītājiem izgatavotu vadu šķērsgriezumus.

Kā piemēru mēģināsim atrast elektriski līdzvērtīgu šķērsgriezumu vadītājiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem: vara, volframa, niķeļa un dzelzs stieples. Par sākotnējo ņemsim alumīnija stiepli ar šķērsgriezumu 2,5 mm.

Mums ir nepieciešams, lai 1 m garumā stieples, kas izgatavota no visiem šiem metāliem, pretestība būtu vienāda ar sākotnējās pretestību. Alumīnija pretestība uz 1 m garumu un 2,5 mm sekciju būs vienāda ar

Kur R- pretestība, ρ - metāla pretestība no galda, S- šķērsgriezuma laukums, L- garums.

Aizstājot sākotnējās vērtības, iegūstam metru gara alumīnija stieples gabala pretestību omos.

Pēc tam atrisināsim formulu S

Mēs aizstāsim vērtības no tabulas un iegūsim šķērsgriezuma laukumus dažādiem metāliem.

Tā kā īpatnējā pretestība tabulā ir mērīta uz 1 m garas stieples, mikroohos uz 1 mm 2 sekciju, tad mēs to ieguvām mikroohos. Lai to iegūtu omos, vērtība jāreizina ar 10 -6. Bet mums nav obligāti jāiegūst skaitlis omi ar 6 nullēm aiz komata, jo mēs joprojām atrodam gala rezultātu mm2.

Kā redzat, dzelzs pretestība ir diezgan augsta, stieple ir bieza.

Bet ir materiāli, kuriem tas ir vēl lielāks, piemēram, niķelis vai konstantāns.