Τι είναι η ηλεκτρική αντίσταση και πώς εξαρτάται από τη θερμοκρασία

Από την άποψη της ηλεκτρομαγνητικής διεργασίας που λαμβάνει χώρα σε αυτό, οποιοδήποτε στοιχείο ή τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος χαρακτηρίζεται κυρίως από την ικανότητα να διεξάγει ρεύμα ή να εμποδίζει τη διέλευση ρεύματος. Αυτή η ιδιότητα των στοιχείων κυκλώματος αξιολογείται από τους ηλεκτρική αγωγιμότητα ή η τιμή της αντίστροφης αγωγιμότητας - ηλεκτρική αντίσταση.

Οι περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές αποτελούνται από αγώγιμα μέρη κατασκευασμένα από μεταλλικούς αγωγούς, συνήθως εφοδιασμένα με μονωτική επικάλυψη ή θήκη. Η ηλεκτρική αντίσταση ενός αγωγού εξαρτάται από τις γεωμετρικές του διαστάσεις και τις ιδιότητες του υλικού. Η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης είναι ίση με

R = ρl / s = 1 / (γδ)

όπου l - μήκος αγωγού, m, s — περιοχή διατομής του αγωγού, mm²; ρ — αγωγιμότητα, ohm·mm²/m; γ — ειδική αγωγιμότητα, m / ohm·mm

Ηλεκτρική αντίσταση

Η αντίσταση και η αγωγιμότητα λαμβάνουν υπόψη τις ιδιότητες του υλικού του αγωγού και δίνουν τις τιμές αντίστασης και αγωγιμότητας του αγωγού μήκους 1 m και διατομής 1 mm².

Όσον αφορά την ειδική αντίσταση ρ Όλα τα υλικά μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

• αγωγών - μετάλλων και των κραμάτων τους (ρ 0,015 έως 1,2 ohm·mm²/m).

• ηλεκτρολυτών και ημιαγωγών (ρ από τις 10² μέχρι 20⁶ om·mm²/m).

• διηλεκτρικά ή μονωτήρες (ρ από τις 10¹⁰ μέχρι 20¹¹ om·mm²/m).

Στις ηλεκτρικές συσκευές χρησιμοποιούνται υλικά με μικρές και υψηλές αντιστάσεις. Εάν απαιτείται το στοιχείο του κυκλώματος να έχει μικρή αντίσταση (για παράδειγμα, σύρματα σύνδεσης), θα πρέπει να είναι κατασκευασμένο από αγωγούς με χαμηλή τιμή ρ - της τάξεως των 0,015-0,03, για παράδειγμα χαλκού, αργύρου, αργιλίου.

Άλλες συσκευές, αντίθετα, θα πρέπει να έχουν σημαντικές αντιστάσεις (ηλεκτρικοί λαμπτήρες πυρακτώσεως, συσκευές θέρμανσης κ.λπ.), επομένως τα στοιχεία μεταφοράς ρεύματος τους θα πρέπει να κατασκευάζονται από υλικά με υψηλή αντίσταση ρ, που συνήθως αντιπροσωπεύουν κράματα μετάλλων. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, μαγγανίνη, σταθερά, νικέλιο, που έχουν σημασία ρ από 0,1 έως 1,2.

Εξάρτηση θερμοκρασίας από ηλεκτρική αντίσταση

Η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης επίσης εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αγωγού, η οποία μπορεί να ποικίλει λόγω της θέρμανσης του αγωγού με ηλεκτρικό ρεύμα ή λόγω αλλαγών στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Όταν η θερμοκρασία του αγωγού αλλάξει, η αντίσταση αλλάζει. Οι παραπάνω τιμές ρ για ορισμένα υλικά ισχύουν σε θερμοκρασία

Η ανεξαρτησία της αντίστασης από τη θερμοκρασία εκφράζεται κατά προσέγγιση ως εξής:

R_t^o = R₂₀^{περίπου}·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - αντίσταση του αγωγού στη θερμοκρασία t^o, R₂₀^{περίπου}- το ίδιο σε θερμοκρασία 20 ° C, ohm, α Είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας της ηλεκτρικής αντίστασης, δείχνοντας τη σχετική μεταβολή της αντίστασης του καλωδίου όταν θερμαίνεται κατά 1 ° C.

Από αυτή την έκφραση, την ποσότητα α ισούται με

α = (R_t^o - R₂₀^{περίπου}) / (R₂₀^{περίπου}·(t^o-20°))

Για τα περισσότερα μέταλλα και τα κράματά τους, η τιμή α > 0, δηλ. Όταν θερμαίνεται, η αντοχή τους αυξάνεται και αντίστροφα.

Για καλώδια καθαρού μετάλλου, οι τιμές κυμαίνονται από 0,0037 έως 0,0065 ανά 1 ° C. Για κράματα υψηλής αντοχής α έχει πολύ μικρές τιμές, δεκάδες και εκατοντάδες φορές μικρότερες από εκείνες των αμιγών μεταλλικών αγωγών. Έτσι, για παράδειγμα, για τη μαγγανίνη α = 0.000015 στους ° C

Τιμές α για τους ημιαγωγούς, οι ηλεκτρολύτες είναι αρνητικοί, της τάξης των 0,02. Ο συντελεστής θερμοκρασίας της ηλεκτρικής αντίστασης είναι επίσης αρνητικός και στην απόλυτη τιμή του είναι δέκα φορές υψηλότερος από α για μέταλλα.

Η εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία για τη μέτρηση των θερμοκρασιών χρησιμοποιώντας το λεγόμενοθερμόμετρα αντίστασηςγια τα οποίααθα πρέπει να είναι μεγάλη. Σε πολλές συσκευές, αντίθετα, χρησιμοποιούνται υλικά με χαμηλή τιμήα προκειμένου να αποκλειστεί η επίδραση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας στις μετρήσεις αυτών των συσκευών.

Παράδειγμα υπολογισμού της μεταβολής της αντίστασης ενός αγωγού όταν θερμαίνεται: Πώς να υπολογίσετε τη θερμοκρασία του νήματος ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως σε ονομαστική κατάσταση

AC Αντίσταση

Η αντίσταση του ίδιου αγωγού για εναλλασσόμενο ρεύμα θα είναι μεγαλύτερη από αυτή του συνεχούς ρεύματος. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο των λεγόμενων επιφανειακή επίδρασηπου συνίσταται στο ότι το εναλλασσόμενο ρεύμα μετατοπίζεται από το κεντρικό τμήμα του αγωγού στα περιφερειακά στρώματα. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα ρεύματος στα εσωτερικά στρώματα θα είναι μικρότερη από την εξωτερική.

Έτσι, με εναλλασσόμενο ρεύμα, η διατομή του αγωγού χρησιμοποιείται, ως έχει, ατελείωτα. Ωστόσο, σε συχνότητα 50 Hz, η διαφορά στην αντίσταση στα άμεσα και εναλλασσόμενα ρεύματα είναι ασήμαντη και μπορεί να παραμεληθεί στην πράξη.

Η αντίσταση αγωγού συνεχούς ρεύματος καλείταιohmic, και εναλλασσόμενο ρεύμα -ενεργή αντίσταση. Οι ωμικές και ενεργές αντιστάσεις εξαρτώνται από το υλικό (εσωτερική δομή), τις γεωμετρικές διαστάσεις και τη θερμοκρασία του αγωγού. Επιπλέον, σε πηνία με πυρήνα από χάλυβα, η αξία της ενεργού αντίστασης επηρεάζεται από την απώλεια χάλυβα.

Οι ενεργές αντιστάσεις περιλαμβάνουν ηλεκτρικούς λαμπτήρες πυρακτώσεως, φούρνους ηλεκτρικής αντίστασης, διάφορες συσκευές θέρμανσης, ρεοστάτες και σύρματα, όπου η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σχεδόν πλήρως σε θερμότητα.

Εκτός από την ενεργή αντίσταση, σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος υπάρχουν επαγωγικές και χωρητικές αντιστάσεις (βλ.Τι είναι επαγωγικό και χωρητικό φορτίο;).

Αντοχή στη μόνωση

Η αξιοπιστία του ηλεκτρικού δικτύου και του εξοπλισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα της μόνωσης μεταξύ ζωντανών τμημάτων διαφορετικών φάσεων, καθώς και μεταξύ ζωντανών εξαρτημάτων και εδάφους.

Η ποιότητα της μόνωσης χαρακτηρίζεται από το μέγεθος της αντίστασής της. Ο ορισμός αυτής της τιμής είναι συνήθως περιορισμένος κατά τη διάρκεια των δοκιμών ελέγχου των δικτύων και των εγκαταστάσεων με τάση μικρότερη από 1000 V. Για εγκαταστάσεις υψηλότερης τάσης, προσδιορίζονται επιπρόσθετα οι απώλειες ηλεκτρικής ισχύος και διηλεκτρικών.

Ανάλογα με την κατάσταση του δικτύου (το δίκτυο με τους δέκτες ισχύος απενεργοποιημένους ή ενεργοποιημένους, υπό τάση ή όχι) χρησιμοποιούνται διάφορα κυκλώματα διακοπής για συσκευές μέτρησης και μέθοδοι υπολογισμού της τιμής της αντίστασης μόνωσης. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα μεγαόμετρα και βολτόμετρα για το σκοπό αυτό.

Το καθήκον του προσδιορισμού της αντίστασης μόνωσης είναι συγκεκριμένο και εκτεταμένο σε όγκο, επομένως, για να το μελετήσετε, σας συνιστούμε να ανατρέξετε σε αυτό το άρθρο:Πώς να χρησιμοποιήσετε ένα megaohmmeter

Ποιος είναι ο υπολογισμός των καλωδίων για θέρμανση;

Η ηλεκτρική αντίσταση επηρεάζει για τη θέρμανση καλωδίων και καλωδίων. Τα καλώδια που συνδέουν την πηγή ενέργειας με τους δέκτες θα πρέπει να παρέχουν ισχύ στους δέκτες με μικρή απώλεια τάσης και ενέργειας, αλλά ταυτόχρονα δεν πρέπει να θερμαίνονται από το ρεύμα που διέρχεται από αυτά πέρα ​​από την επιτρεπόμενη θερμοκρασία.

Η υπέρβαση των επιτρεπόμενων τιμών θερμοκρασίας οδηγεί σε βλάβη στη μόνωση των συρμάτων και, ως επακόλουθο, σε βραχυκύκλωμα, δηλ. Σε απότομη αύξηση της τιμής ρεύματος στο κύκλωμα. Συνεπώς, ο υπολογισμός των καλωδίων σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την περιοχή διατομής στην οποία η απώλεια τάσης και η θέρμανση των συρμάτων θα βρίσκονται εντός των κανονικών ορίων.

Συνήθως, ελέγχεται η διατομή καλωδίων και καλωδίων για θέρμανση σύμφωνα με τους πίνακες επιτρεπόμενων φορτίων ρεύματος από την PUE. Εάν η διατομή δεν ταιριάζει στις συνθήκες θέρμανσης, θα πρέπει να επιλέξετε μεγαλύτερη διατομή που να ικανοποιεί αυτές τις απαιτήσεις.

Αντίσταση μονάδες θέρμανσης

Τα κύρια στοιχεία των ηλεκτρικών κλιβάνων είναι τα ηλεκτρικά θερμαντικά στοιχεία και η θερμομονωτική συσκευή που αποτρέπει την απώλεια θερμότητας από τον περιβάλλοντα χώρο. Τα ανθεκτικά στη θερμότητα μη μεταλλικά υλικά με υψηλή αντίσταση (άνθρακας, γραφίτης, carborundum) και μεταλλικά υλικά (nichrome, constantan, fechral, ​​κλπ.) Χρησιμοποιούνται ως υλικά για ηλεκτρικά στοιχεία θέρμανσης.

Υλικά υψηλής αντοχής ρ σας επιτρέπει να σχεδιάσετε θερμαντικά στοιχεία με μεγάλη επιφάνεια και επιφάνεια διατομής και την επιλογή υλικών με μικρό συντελεστή διαστολής α, παρέχει αμετάβλητο των γεωμετρικών διαστάσεων του στοιχείου όταν θερμαίνεται.

Τα στοιχεία θέρμανσης κατασκευασμένα από υλικά όπως ο γραφίτης κατασκευάζονται υπό μορφή ράβδων με σωληνοειδή ή στερεά τμήματα. Τα μεταλλικά στοιχεία θέρμανσης κατασκευάζονται με τη μορφή σύρματος ή ταινίας.

Χρησιμοποιώντας ασφάλειες

Για την προστασία των καλωδίων του ηλεκτρικού κυκλώματος από ρεύματα που υπερβαίνουν τις επιτρεπτές τιμές, ισχύουνδιακόπτες κυκλώματος καιασφάλειες διάφορους τύπους. Κατ 'αρχήν, μια ασφάλεια είναι ένα τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος με χαμηλή θερμική σταθερότητα.

Το ένθετο της ασφάλειας έχει συνήθως τη μορφή βραχέως αγωγού μικρής διατομής κατασκευασμένης από υλικό με καλή αγωγιμότητα (χαλκός, άργυρος) ή αγωγό με σχετικά υψηλή ειδική αντίσταση (μόλυβδος, κασσίτερος). Εάν το ρεύμα αυξάνεται πάνω από την τιμή για την οποία έχει σχεδιαστεί η ασφάλεια, ο τελευταίος καίει και αποσυνδέει το τμήμα προστατευμένου κυκλώματος ή συλλέκτη ρεύματος.

Δείτε επίσης:Η τάση, η αντίσταση, το ρεύμα και η ισχύς είναι οι κύριες ηλεκτρικές ποσότητες