Was ist elektrischer Widerstand und wie hängt er von der Temperatur ab?

Unter dem Gesichtspunkt des darin ablaufenden elektromagnetischen Prozesses ist jedes Element oder jeder Abschnitt eines Stromkreises in erster Linie durch die Fähigkeit gekennzeichnet, Strom zu leiten oder den Stromdurchgang zu behindern. Diese Eigenschaft von Schaltungselementen wird durch ihre bewertet elektrische Leitfähigkeit oder der Wert der Umkehrleitfähigkeit - elektrischer Widerstand.

Die meisten elektrischen Geräte bestehen aus leitenden Teilen aus Metallleitern, die normalerweise mit einer isolierenden Beschichtung oder Hülle ausgestattet sind. Der elektrische Widerstand eines Leiters hängt von seinen geometrischen Abmessungen und Materialeigenschaften ab. Der Wert des elektrischen Widerstands ist gleich

R = ρl / s = l / (γs)

wo l - Leiterlänge m; s — Querschnittsfläche des Leiters, mm²; ρ — Leitfähigkeit, Ohm·mm²/m; γ — spezifische Leitfähigkeit, m / Ohm·mm

Elektrischer Widerstand

Der spezifische Widerstand und die Leitfähigkeit berücksichtigen die Eigenschaften des Leitermaterials und geben die Widerstands- und Leitfähigkeitswerte des Leiters mit einer Länge von 1 m und einer Querschnittsfläche von 1 mm an².

In Bezug auf den spezifischen Widerstand ρ Alle Materialien können in drei Gruppen unterteilt werden:

• Leiter - Metalle und ihre Legierungen (ρ 0,015 bis 1,2 Ohm·mm²/m);

• Elektrolyte und Halbleiter (ρ von 10² bis zu 20⁶ om·mm²/m);

• Dielektrika oder Isolatoren (ρ von 10¹⁰ bis zu 20¹¹ om·mm²/m).

In elektrischen Geräten werden Materialien mit sowohl kleinen als auch hohen spezifischen Widerständen verwendet. Wenn es erforderlich ist, dass das Schaltungselement einen geringen Widerstand aufweist (z. B. Verbindungsdrähte), sollte es aus Leitern mit einem niedrigen Wert bestehen ρ - in der Größenordnung von 0,015 bis 0,03, beispielsweise von Kupfer, Silber, Aluminium.

Im Gegensatz dazu sollten andere Geräte signifikante Widerstände aufweisen (elektrische Glühlampen, Heizgeräte usw.), daher sollten ihre stromführenden Elemente aus Materialien mit hohem spezifischen Widerstand bestehen ρ, die normalerweise Metalllegierungen darstellen. Dazu gehören beispielsweise Manganin, Constantan, Nichrom, die eine Rolle spielen ρ von 0,1 bis 1,2.

Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands

Der Wert des elektrischen Widerstands hängt auch von der Temperatur des Leiters ab, die aufgrund der Erwärmung des Leiters durch elektrischen Strom oder aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur variieren kann. Wenn sich die Temperatur des Leiters ändert, ändert sich sein spezifischer Widerstand. Die obigen p-Werte für einige Materialien gelten bei Temperatur

Die Unabhängigkeit des Widerstands von der Temperatur wird ungefähr wie folgt ausgedrückt:

R._t^o = R.₂₀^über·[1+α·(t^o-20°)]

R._t^o - Widerstand des Leiters bei Temperatur t^o, R.₂₀^über- das gleiche bei einer Temperatur von 20 ° C, Ohm; α Ist der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands, der die relative Änderung des Widerstands des Drahtes zeigt, wenn dieser um 1 ° C erwärmt wird.

Aus diesem Ausdruck ergibt sich die Menge α ist gleich

α = (R._t^o - R.₂₀^über) / (R.₂₀^über·(t^o-20°))

Für die meisten Metalle und deren Legierungen ist der Wert α > Wenn sie erhitzt werden, nimmt ihr Widerstand zu und umgekehrt.

Für reine Metallverdrahtungen liegen die Werte im Bereich von 0,0037 bis 0,0065 pro 1 ° C. Für hochbeständige Legierungen α hat sehr kleine Werte, die zehn- und hundertmal kleiner sind als die von Reinmetallleitern. So zum Beispiel für Manganin α = 0,000015 bei ° C.

Werte α Für Halbleiter sind Elektrolyte negativ in der Größenordnung von 0,02. Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands ist ebenfalls negativ und in seinem absoluten Wert zehnmal höher als α für Metalle.

Die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur ist in der Technologie zur Messung von Temperaturen unter Verwendung der sogenannten Temperatur weit verbreitetWiderstandsthermometerfür welcheαsollte groß sein. Im Gegensatz dazu werden in einer Reihe von Geräten Materialien mit einem niedrigen Wert verwendetα um den Einfluss von Temperaturschwankungen auf die Messwerte dieser Geräte auszuschließen.

Ein Beispiel für die Berechnung der Widerstandsänderung eines Leiters beim Erhitzen: So berechnen Sie die Glühlampentemperatur einer Glühlampe im Nennmodus

Wechselstromwiderstand

Der Widerstand desselben Leiters für Wechselstrom ist größer als für Gleichstrom. Dies ist auf das Phänomen der sogenannten zurückzuführen OberflächeneffektDies besteht darin, dass Wechselstrom vom zentralen Teil des Leiters zu den peripheren Schichten verschoben wird. Infolgedessen ist die Stromdichte in den inneren Schichten geringer als in den äußeren.

Somit wird bei Wechselstrom der Querschnitt des Leiters sozusagen unvollständig genutzt. Bei einer Frequenz von 50 Hz ist der Unterschied im Widerstand gegen Gleich- und Wechselströme jedoch unbedeutend und kann in der Praxis vernachlässigt werden.

Gleichstromleiterwiderstand wird genanntohmschund Wechselstrom -aktiver Widerstand. Ohmsche und aktive Widerstände hängen vom Material (Innenstruktur), den geometrischen Abmessungen und der Temperatur des Leiters ab. Zusätzlich wird bei Spulen mit einem Stahlkern der Wert des aktiven Widerstands durch den Stahlverlust beeinflusst.

Zu den aktiven Widerständen gehören elektrische Glühlampen, elektrische Widerstandsöfen, verschiedene Heizgeräte, Rheostate und Drähte, bei denen elektrische Energie fast vollständig in Wärme umgewandelt wird.

Neben dem aktiven Widerstand gibt es in Wechselstromkreisen induktive und kapazitive Widerstände (siehe -Was ist induktive und kapazitive Last?).

Isolationswiderstand

Die Zuverlässigkeit des Stromnetzes und der Ausrüstung hängt in hohem Maße von der Isolationsqualität zwischen stromführenden Teilen verschiedener Phasen sowie zwischen stromführenden Teilen und Erde ab.

Die Qualität der Isolierung wird durch die Größe ihres Widerstands charakterisiert. Die Definition dieses Wertes ist in der Regel bei Steuertests von Netzen und Anlagen mit einer Spannung von weniger als 1000 V begrenzt. Bei Anlagen mit höherer Spannung werden zusätzlich die elektrische Festigkeit und die dielektrischen Verluste ermittelt.

Abhängig vom Zustand des Netzwerks (das Netzwerk mit ausgeschalteten oder eingeschalteten Leistungsempfängern, unabhängig davon, ob sie erregt sind oder nicht) werden verschiedene Schaltgeräte für Messgeräte und Methoden zur Berechnung des Isolationswiderstands verwendet. Die am weitesten verbreiteten Megaohmmeter und Voltmeter für diesen Zweck.

Die Bestimmung des Isolationswiderstands ist spezifisch und umfangreich. Um ihn zu untersuchen, empfehlen wir Ihnen, auf diesen Artikel zu verweisen:Wie man ein Megaohmmeter benutzt

Wofür werden Heizdrähte berechnet?

Elektrischer Widerstand beeinflusst zum Heizen von Drähten und Kabeln. Die Drähte, die die Energiequelle mit den Empfängern verbinden, sollten die Empfänger mit einem geringen Verlust an Spannung und Energie versorgen, gleichzeitig sollten sie jedoch nicht durch den durch sie fließenden Strom über die zulässige Temperatur erwärmt werden.

Das Überschreiten der zulässigen Temperaturwerte führt zu einer Beschädigung der Isolierung der Drähte und infolgedessen zu einem Kurzschluss, d. H. Einem starken Anstieg des Stromwerts im Stromkreis. Daher können Sie bei der Berechnung der Drähte die Querschnittsfläche bestimmen, bei der der Spannungsverlust und die Erwärmung der Drähte innerhalb normaler Grenzen liegen.

In der Regel wird der Querschnitt von Drähten und Kabeln zum Heizen überprüft gemäß den Tabellen der zulässigen Strombelastungen von PUE. Wenn der Querschnitt nicht den Heizbedingungen entspricht, sollten Sie einen größeren Querschnitt wählen, der diese Anforderungen erfüllt.

Widerstandsheizgeräte

Die Hauptelemente von Elektroöfen sind elektrische Heizelemente und eine Wärmedämmvorrichtung, die einen Wärmeverlust an den umgebenden Raum verhindert. Als Materialien für elektrische Heizelemente werden hitzebeständige nichtmetallische Werkstoffe mit hohem spezifischen Widerstand (Kohle, Graphit, Carborundum) und metallische Werkstoffe (Nichrom, Konstantan, Fechral usw.) verwendet.

Materialien mit hohem spezifischen Widerstand ρ ermöglicht es Ihnen, Heizelemente mit einer großen Querschnittsfläche und Oberfläche sowie die Auswahl von Materialien mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten zu entwerfen αsorgt für Unveränderlichkeit der geometrischen Abmessungen des Elements beim Erhitzen.

Heizelemente aus Materialien vom Graphittyp werden in Form von Stäben mit einem rohrförmigen oder festen Querschnitt hergestellt. Metallheizelemente werden in Form von Draht oder Klebeband hergestellt.

Sicherungen verwenden

Um die Drähte des Stromkreises vor Strömen zu schützen, die die zulässigen Werte überschreiten, wenden Sie anLeistungsschalter undSicherungen verschiedene Arten. Im Prinzip ist eine Sicherung ein Abschnitt eines Stromkreises mit geringer thermischer Stabilität.

Der Sicherungseinsatz besteht üblicherweise in Form eines kurzen Leiters mit kleinem Querschnitt aus einem Material mit guter Leitfähigkeit (Kupfer, Silber) oder einem Leiter mit relativ hohem spezifischen Widerstand (Blei, Zinn). Wenn der Strom über den Wert steigt, für den die Sicherung ausgelegt ist, brennt diese aus und trennt den durch sie oder den Stromkollektor geschützten Teil des Stromkreises.

Siehe auch:Spannung, Widerstand, Strom und Leistung sind die wichtigsten elektrischen Größen