Ennek van a legnagyobb ellenállása. Fémek, különösen réz ellenállásának kiszámítása

A fémek ellenállása az, hogy képesek ellenállni a rajtuk áthaladó elektromos áramnak. Ennek az értéknek a mértékegysége Ohm * m (Ohm-méter). A görög ρ (rho) betűt szimbólumként használják. A nagy ellenállás azt jelenti, hogy egy adott anyag rossz elektromos töltésvezetést vezet.

Acél specifikációk

Mielőtt részletesen megvizsgálná az acél ellenállását, meg kell ismerkednie az alapvető fizikai és mechanikai tulajdonságaival. Tulajdonságai miatt ezt az anyagot széles körben használják a feldolgozóiparban és az emberek életének és tevékenységének más területein.

Az acél vas és szén ötvözete, amelynek mennyisége legfeljebb 1,7%. A szén mellett az acél bizonyos mennyiségű szennyeződést is tartalmaz - szilíciumot, mangánt, ként és foszfort. Tulajdonságait tekintve sokkal jobb, mint az öntöttvas, könnyen edzhető, kovácsolható, hengerelhető és egyéb megmunkálású. Minden acéltípust nagy szilárdság és hajlékonyság jellemez.

Az acél rendeltetése szerint szerkezeti, szerszámra és speciális fizikai tulajdonságokkal rendelkező részekre osztható. Mindegyikük különböző mennyiségű szenet tartalmaz, aminek köszönhetően az anyag bizonyos specifikus tulajdonságokat, például hőállóságot, hőállóságot, rozsda- és korrózióállóságot szerez.

Különleges helyet foglalnak el a lemezformátumban gyártott és az elektromos termékek gyártásához használt elektromos acélok. Ennek az anyagnak az előállítása érdekében szilícium adalékolást végeznek, ami javíthatja annak mágneses és elektromos tulajdonságait.

Ahhoz, hogy az elektromos acél megszerezze a szükséges jellemzőket, bizonyos követelményeknek és feltételeknek kell teljesülniük. Az anyagnak könnyen mágnesezhetőnek és újramágnesezhetőnek kell lennie, azaz magas mágneses permeabilitással kell rendelkeznie. Az ilyen acélok jók, és mágnesezettségük megfordítása minimális veszteséggel történik.

A mágneses magok és tekercsek méretei és tömege, valamint a transzformátorok hatásfoka és üzemi hőmérséklete ezen követelmények betartásától függ. A feltételek teljesítését számos tényező befolyásolja, köztük az acél ellenállása is.

Ellenállás és egyéb mutatók

Az elektromos ellenállás értéke a fémben lévő elektromos térerősség és a benne folyó áramsűrűség aránya. A gyakorlati számításokhoz a képletet használjuk: amelyben ρ a fém ellenállása (Ohm * m), E- elektromos térerősség (V/m), ill J- az elektromos áram sűrűsége a fémben (A / m 2). Nagyon nagy elektromos térerősség és alacsony áramsűrűség esetén a fém ellenállása nagy lesz.

Van egy másik mennyiség, az elektromos vezetőképesség, az ellenállás inverze, amely egy adott anyag elektromos áramának vezetőképességének mértékét jelzi. A képlet határozza meg, és Sm / m - Siemens per méter egységekben van kifejezve.

Az ellenállás szorosan összefügg az elektromos ellenállással. Vannak azonban különbségek egymás között. Az első esetben ez az anyag tulajdonsága, beleértve az acélt is, a második esetben pedig az egész tárgy tulajdonságát határozzák meg. Az ellenállás minőségét több tényező kombinációja befolyásolja, elsősorban az anyag alakja és ellenállása, amelyből készült. Például, ha egy vékony és hosszú vezetéket használtak egy huzalellenálláshoz, akkor annak ellenállása nagyobb lesz, mint az azonos fémből készült vastag és rövid huzalból készült ellenállásé.

Egy másik példa az azonos átmérőjű és hosszúságú huzalellenállások. Ha azonban az egyikben az anyag ellenállása nagy, a másikban pedig alacsony, akkor ennek megfelelően az első ellenállásban az elektromos ellenállás nagyobb lesz, mint a másodikban.

Az anyag alapvető tulajdonságainak ismeretében az acél fajlagos ellenállása segítségével meghatározhatja az acélvezető ellenállásértékét. A számításokhoz az elektromos ellenálláson kívül magának a vezetéknek az átmérőjére és hosszára is szükség lesz. A számításokat a következő képlet szerint végezzük: , amelyben R(Ohm), ρ - az acél ellenállása (Ohm * m), L- megfelel a vezeték hosszának, DE- keresztmetszetének területe.

Az acél és más fémek ellenállása függ a hőmérséklettől. A legtöbb számításban szobahőmérsékletet használnak - 20 0 C. Az e tényező hatására bekövetkező összes változást a hőmérsékleti együttható segítségével veszik figyelembe.

Amint az Ohm törvényéből tudjuk, az áramköri szakaszban az áram a következő összefüggésben van: I=U/R. A törvényt Georg Ohm német fizikus 19. századi kísérletsorozatának eredményeként vezették le. Észrevett egy mintát: az áramerősség az áramkör bármely szakaszában közvetlenül függ az erre a szakaszra alkalmazott feszültségtől, és fordítva - az ellenállásától.

Később kiderült, hogy a metszet ellenállása a következőképpen függ a geometriai jellemzőitől: R=ρl/S,

ahol l a vezető hossza, S a keresztmetszetének területe, és ρ egy bizonyos arányossági együttható.

Így az ellenállást a vezető geometriája, valamint egy olyan paraméter határozza meg, mint az ellenállás (a továbbiakban: c.s.) - így hívták ezt az együtthatót. Ha veszünk két azonos keresztmetszetű és hosszúságú vezetéket, és felváltva egy áramkörbe helyezzük őket, akkor az áramerősség és az ellenállás mérésével láthatjuk, hogy két esetben ezek a mutatók eltérőek lesznek. Így konkrét elektromos ellenállás- ez annak az anyagnak a jellemzője, amelyből a vezető készül, és még pontosabban az anyagnak.

Vezetőképesség és ellenállás

W.s. jelzi az anyag azon képességét, hogy blokkolja az áram áthaladását. De a fizikában van egy fordított érték is - a vezetőképesség. Megmutatja az elektromos áram vezetésének képességét. Ez így néz ki:

σ=1/ρ, ahol ρ az anyag fajlagos ellenállása.

Ha vezetőképességről beszélünk, akkor azt az anyag töltéshordozóinak jellemzői határozzák meg. Tehát a fémekben vannak szabad elektronok. A külső héjon legfeljebb három van belőlük, és az atom számára előnyösebb, ha "kiadja" őket, ami akkor történik, ha kémiai reakciók a periódusos rendszer jobb oldaláról származó anyagokkal. Abban a helyzetben, amikor tiszta fémünk van, annak kristályos szerkezete van, amelyben ezek a külső elektronok gyakoriak. Töltést hordoznak, ha elektromos mezőt alkalmaznak a fémre.

Az oldatokban a töltéshordozók ionok.

Ha olyan anyagokról beszélünk, mint a szilícium, akkor tulajdonságai alapján az félvezetőés kicsit másképp működik, de erről később. Addig is nézzük meg, miben különböznek az anyagok ilyen osztályai, például:

1. vezetők;
2. félvezetők;
3. Dielektrikumok.

Vezetők és dielektrikumok

Vannak olyan anyagok, amelyek szinte nem vezetnek áramot. Ezeket dielektrikumoknak nevezik. Az ilyen anyagok elektromos térben képesek polarizálódni, vagyis molekuláik forogni tudnak ebben a mezőben, attól függően, hogy hogyan oszlanak el bennük. elektronok. De mivel ezek az elektronok nem szabadok, hanem az atomok közötti kötést szolgálják, nem vezetnek áramot.

A dielektrikumok vezetőképessége közel nulla, bár ideális nincs köztük (ez ugyanaz az absztrakció, mint egy abszolút fekete test vagy egy ideális gáz).

A "vezető" fogalmának feltételes határa ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

E két osztály között vannak olyan anyagok, amelyeket félvezetőknek neveznek. De különálló anyagcsoportba való beválasztásuk nem annyira a "vezetőképesség-ellenállás" sor közbenső állapotukhoz kapcsolódik, hanem ennek a vezetőképességnek a jellemzőihez különböző körülmények között.

A környezeti tényezőktől való függés

A vezetőképesség nem pontosan állandó. A táblázatokban szereplő adatok, ahonnan a ρ a számításokhoz származik, normál környezeti feltételekre, azaz 20 fokos hőmérsékletre léteznek. A valóságban nehéz ilyen ideális feltételeket találni az áramkör működéséhez; valójában u.s. (és így a vezetőképesség) a következő tényezőktől függ:

1. hőfok;
2. nyomás;
3. mágneses mezők jelenléte;
4. könnyű;
5. az összesítés állapota.

Különböző anyagoknak saját ütemezésük van ennek a paraméternek a megváltoztatására különböző feltételek mellett. Tehát a ferromágnesek (vas és nikkel) növelik, ha az áram iránya egybeesik a mágneses erővonalak irányával. Ami a hőmérsékletet illeti, itt a függés szinte lineáris (még a hőmérsékleti ellenállási együttható fogalma is létezik, és ez is egy táblázatos érték). De ennek a függőségnek az iránya más: a fémeknél a hőmérséklet emelkedésével növekszik, míg a ritkaföldfém-elemeknél és az elektrolitoldatoknál növekszik - és ez ugyanazon aggregációs állapoton belül van.

A félvezetők esetében a hőmérséklettől való függés nem lineáris, hanem hiperbolikus és inverz: a hőmérséklet emelkedésével a vezetőképességük nő. Ez minőségileg megkülönbözteti a vezetőket a félvezetőktől. Így néz ki ρ függése a vezetők hőmérsékletétől:

Íme a réz, platina és vas ellenállása. Egy kissé eltérő grafikon egyes fémeknél, például a higanynál - amikor a hőmérséklet 4 K-ra csökken, szinte teljesen elveszíti azt (ezt a jelenséget szupravezetésnek nevezik).

A félvezetők esetében ez a függőség a következő lesz:

A folyékony halmazállapotba való átmenet során a fém ρ-je megnő, de ekkor mindegyik eltérően viselkedik. Például az olvadt bizmutban alacsonyabb, mint szobahőmérsékleten, és a rézben tízszer magasabb, mint a normál. A nikkel 400 fokban lép ki a vonaldiagramból, majd ρ csökken.

De a volfrámban a hőmérséklet-függés olyan nagy, hogy az izzólámpák kiégését okozza. Bekapcsoláskor az áram felmelegíti a tekercset, ellenállása többszörösére nő.

Szintén at. val vel. ötvözetek előállításuk technológiájától függ. Tehát, ha egy egyszerű mechanikai keverékről van szó, akkor egy ilyen anyag ellenállása átlaggal számítható, de ugyanez egy helyettesítő ötvözetnél (ez az, amikor két vagy több elemet adunk egy kristályrácsba) más lesz, mint általában, sokkal nagyobb. Például a nikróm, amelyből az elektromos tűzhelyek spiráljai készülnek, ennek a paraméternek olyan értéke van, hogy ez a vezető az áramkörhöz csatlakoztatva pirosra melegszik (ezért használják).

Íme a szénacélok jellemző ρ értéke:

Mint látható, az olvadási hőmérséklethez közeledve stabilizálódik.

Különféle vezetők ellenállása

Bárhogy is legyen, a ρ-t normál körülmények között használjuk a számításokhoz. Itt van egy táblázat, amely alapján összehasonlíthatja ezt a jellemzőt különböző fémekre:

Amint az a táblázatból látható, a legjobb vezető az ezüst. És csak a költsége akadályozza meg a kábelgyártásban való tömeges felhasználását. W.s. az alumínium is kicsi, de kisebb, mint az aranyé. A táblázatból világossá válik, hogy a házak vezetékei miért rézből vagy alumíniumból készülnek.

A táblázat nem tartalmazza a nikkelt, amely, mint már említettük, kissé szokatlan y görbével rendelkezik. val vel. hőmérséklettől. A nikkel fajlagos ellenállása a hőmérséklet 400 fokra emelése után nem nő, hanem csökken. Érdekesen viselkedik más helyettesítő ötvözetekben is. Így viselkedik a réz és a nikkel ötvözete, mindkettő százalékos arányától függően:

És ez az érdekes grafikon a cink-magnézium ötvözetek ellenállását mutatja:

A nagy ellenállású ötvözeteket reosztátok gyártásához használják anyagként, ezek jellemzői:

Ezek összetett ötvözetek, amelyek vasból, alumíniumból, krómból, mangánból és nikkelből állnak.

Ami a szénacélokat illeti, ez körülbelül 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.

A különbség u. val vel. különböző vezetők határozzák meg alkalmazásukat. Így a rezet és az alumíniumot széles körben használják a kábelek gyártásában, az aranyat és az ezüstöt pedig számos rádiótechnikai termék érintkezőjeként használják. A nagy ellenállású vezetők megtalálták a helyüket az elektromos készülékgyártók között (pontosabban erre hozták létre).

Ennek a paraméternek a környezeti feltételektől függő változékonysága képezte az olyan eszközök alapját, mint a mágneses térérzékelők, termisztorok, nyúlásmérők és fotoellenállások.

14.04.2018

Az elektromos berendezésekben vezető alkatrészként rézből, alumíniumból, ezek ötvözeteiből és vasból (acélból) készült vezetőket használnak.

A réz az egyik legjobban vezető anyag. A réz sűrűsége 20 °C-on 8,95 g/cm 3, olvadáspontja 1083 °C. A réz kémiailag enyhén aktív, de könnyen oldódik salétromsavban, és híg sósavban és kénsavban csak oxidálószer jelenlétében oldódik szerek (oxigén). Levegőben a rezet gyorsan egy vékony, sötét színű oxidréteg borítja, de ez az oxidáció nem hatol be mélyen a fémbe, és védelmet nyújt a további korrózió ellen. A réz jól alkalmazható melegítés nélkül kovácsolható és hengerelhető.

Gyártáshoz használt elektrolitikus réz 99,93% tisztaságú rezet tartalmazó tuskókban.

A réz elektromos vezetőképessége erősen függ a szennyeződések mennyiségétől és típusától, valamint kisebb mértékben a mechanikai és termikus feldolgozástól. 20 °C-on 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

A vezetékek gyártásához lágy, félkemény vagy kemény rezet használnak 8,9, 8,95 és 8,96 g / cm 3 fajsúlyú.

Az áramvezető alkatrészek alkatrészeinek gyártásához széles körben használják réz más fémekkel alkotott ötvözetekben. A leggyakrabban használt ötvözetek a következők:

A sárgaréz réz és cink ötvözete, amelynek ötvözete legalább 50% rezet tartalmaz, egyéb fémek hozzáadásával. sárgaréz 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Vannak sárgaréz - tompak, amelynek réztartalma több mint 72% (nagy rugalmasságú, korrózió- és súrlódásgátló tulajdonságokkal rendelkezik) és speciális sárgarézek alumínium, ón, ólom vagy mangán hozzáadásával.

Sárgaréz érintkező

A bronzok réz és ón ötvözete különféle fémek adalékanyagával. Az ötvözet fő komponensének tartalmától függően a bronzokat ónnak, alumíniumnak, szilíciumnak, foszfornak és kadmiumnak nevezik. A bronz ellenállása 0,021 - 0,052 ohm x mm 2 /m.

A sárgaréz és a bronz jó mechanikai és fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Könnyen megmunkálhatók öntéssel és nyomással, ellenállnak a légköri korróziónak.

Alumínium - tulajdonságai szerint a második vezető anyag a réz után. Olvadáspont 659,8 ° C. Az alumínium sűrűsége 20 ° - 2,7 g / cm 3 hőmérsékleten. Az alumínium könnyen önthető és jól megmunkálható. 100-150 ° C hőmérsékleten az alumínium kovácsolt és képlékeny (legfeljebb 0,01 mm vastagságú lapokká tekerhető).

Az alumínium elektromos vezetőképessége nagymértékben függ a szennyeződésektől, és kevéssé függ a mechanikai és hőkezeléstől. Minél tisztább az alumínium összetétele, annál nagyobb az elektromos vezetőképessége és annál jobban ellenáll a vegyi hatásoknak. A megmunkálás, hengerlés és izzítás jelentősen befolyásolja az alumínium mechanikai szilárdságát. A hidegen megmunkált alumínium növeli annak keménységét, rugalmasságát és szakítószilárdságát. Az alumínium ellenállása 20 ° С-on 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

A réz alumíniumra cserélésekor a vezető keresztmetszetét a vezetőképesség szempontjából növelni kell, azaz 1,63-szorosára.

Egyenlő vezetőképesség mellett az alumínium vezető kétszer könnyebb lesz, mint a rézvezető.

A vezetékek gyártásához alumíniumot használnak, amely legalább 98% tisztaságú alumíniumot, legfeljebb 0,3% szilíciumot, legfeljebb 0,2% vasat tartalmaz.

Áramvezető alkatrészek alkatrészeinek gyártásához használja alumíniumötvözetek más fémekkel, például: Duralumínium - alumínium ötvözete rézzel és mangánnal.

A szilumin egy könnyűöntött alumíniumötvözet szilícium, magnézium, mangán keverékével.

Az alumíniumötvözetek jó öntési tulajdonságokkal és nagy mechanikai szilárdsággal rendelkeznek.

Az elektrotechnikában legszélesebb körben használtak a következők alumíniumötvözetek:

Kovácsolt alumíniumötvözet, AD fokozat, legalább 98,8 alumíniummal és egyéb szennyeződésekkel 1,2-ig.

Kovácsolt alumíniumötvözet márkájú AD1, alumíniummal legalább 99,3 n egyéb szennyeződések 0,7-ig.

Kovácsolt alumíniumötvözet márka AD31, alumíniummal 97,35-98,15 és egyéb szennyeződésekkel 1,85-2,65.

Az AD és AD1 osztályú ötvözetek vaskapcsok tokjai és matricái gyártására szolgálnak. Az elektromos vezetőkhöz használt profilok és gumiabroncsok AD31 minőségű ötvözetből készülnek.

Az alumíniumötvözetekből készült termékek hőkezelés hatására nagy szakítószilárdságot és hozamot (kúszást) érnek el.

Vas - olvadáspont: 1539 °C. A vas sűrűsége 7,87. A vas savakban oldódik, halogénekkel és oxigénnel oxidálódik.

Az elektrotechnikában különféle minőségű acélokat használnak, például:

A szénacélok önthető vasötvözetek szénnel és egyéb kohászati ​​szennyeződésekkel.

A szénacélok fajlagos ellenállása 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Az ötvözött acélok olyan ötvözetek, amelyekben a szénacélhoz krómot, nikkelt és egyéb elemeket adnak.

Az acélok jók.

Az ötvözetek adalékanyagaként, valamint forraszanyagok gyártásához és vezetőképes fémek megvalósításához széles körben használják a következőket:

A kadmium képlékeny fém. A kadmium olvadáspontja 321 °C. Ellenállás 0,1 ohm x mm 2 /m. Az elektrotechnikában a kadmiumot alacsony olvadáspontú forraszanyagok készítésére és fémfelületek védőbevonataira (kadmium) használják. Korróziógátló tulajdonságait tekintve a kadmium közel áll a cinkhez, de a kadmium bevonatok kevésbé porózusak, és vékonyabb rétegben hordják fel, mint a cinket.

Nikkel - olvadáspont: 1455 °C. A nikkel fajlagos ellenállása 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Normál hőmérsékleten a légköri oxigén nem oxidálja. A nikkelt ötvözetekben és fémfelületek védőbevonatára (nikkelezésére) használják.

Ón – olvadáspontja 231,9 °C. Az ón fajlagos ellenállása 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Az ónt fémek védőbevonatának (ónozásának) forrasztására használják tiszta formájában és más fémekkel ötvözött formában.

Ólom – olvadáspont: 327,4°C. Ellenállás 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Az ólmot más fémekkel alkotott ötvözetekben saválló anyagként használják. Forrasztási ötvözetekhez (forrasztóanyagokhoz) adják.

Az ezüst nagyon képlékeny, alakítható fém. Az ezüst olvadáspontja 960,5 °C. Az ezüst a legjobb hő- és elektromos áramvezető. Az ezüst fajlagos ellenállása 0,015-0,016 ohm x mm 2 / m. Az ezüstöt fémfelületek védőbevonására (ezüstözésére) használják.

Az antimon fényes, törékeny fém, olvadáspontja 631°C. Az antimont adalékok formájában használják a forrasztási ötvözetekben (forraszanyagokban).

A króm kemény, fényes fém. Olvadáspont: 1830 °C. Normál hőmérsékleten nem változik a levegőben. A króm fajlagos ellenállása 0,026 ohm x mm 2 /m. A krómot ötvözetekben és fémfelületek védőbevonatára (krómozására) használják.

Cink - olvadáspont: 419,4 °C. A cink ellenállása 0,053 - 0,062 ohm x mm 2 /m. Nedves levegőben a cink oxidálódik, oxidréteggel borítja be, amely véd a későbbi vegyi támadásokkal szemben. Az elektrotechnikában a cinket ötvözetek és forraszanyagok adalékanyagaként, valamint fémalkatrészek felületeinek védőbevonatára (horganyzásra) használják.

Amint az elektromosság elhagyta a tudósok laboratóriumait, és elkezdték széles körben bevezetni a mindennapi élet gyakorlatába, felmerült a kérdés, hogy találjanak olyan anyagokat, amelyek bizonyos, néha teljesen ellentétes tulajdonságokkal rendelkeznek a rajtuk áthaladó elektromos áram áramlásával kapcsolatban.

Például az elektromos energia nagy távolságra történő átvitelekor követelményeket támasztottak a vezetékek anyagával kapcsolatban, hogy minimálisra csökkentsék a Joule-fűtés és az alacsony tömegjellemzők miatti veszteségeket. Példa erre az ismert nagyfeszültségű vezetékek, amelyek alumíniumhuzalból készülnek, acél maggal.

Vagy fordítva, a kompakt cső alakú elektromos fűtőberendezések létrehozásához viszonylag nagy elektromos ellenállású és magas hőstabilitású anyagokra volt szükség. A hasonló tulajdonságokkal rendelkező anyagokat használó készülék legegyszerűbb példája egy hagyományos konyhai elektromos tűzhely égője.

A biológiában és az orvostudományban elektródaként használt vezetők közül szondák és szondák nagy vegyszerállóságra és bioanyagokkal való kompatibilitásra, valamint alacsony érintkezési ellenállásra van szükség.

Különböző országokból: Angliából, Oroszországból, Németországból, Magyarországról és az USA-ból származó feltalálók egész galaxisa tett erőfeszítéseket egy ilyen, ma már mindenki számára izzólámpaként ismert eszköz kifejlesztésére. Thomas Edison, miután több mint ezer kísérletet végzett az izzószálak szerepére alkalmas anyagok tulajdonságainak tesztelésére, platinaspirállal ellátott lámpát készített. Az Edison lámpák, bár hosszú élettartamúak voltak, nem voltak praktikusak az alapanyag magas költsége miatt.

Az orosz feltaláló, Lodygin későbbi munkája, aki viszonylag olcsó tűzálló wolfram és nagyobb ellenállású molibdén használatát javasolta cérnaanyagként, gyakorlati alkalmazásra talált. Ezenkívül Lodygin javasolta a levegő kiszivattyúzását az izzólámpákból, inert vagy nemesgázokkal helyettesítve, ami modern izzólámpák létrehozásához vezetett. A megfizethető és tartós elektromos lámpák tömeggyártásának úttörője a General Electric volt, amelyre Lodygin átruházta szabadalmai jogait, majd hosszú ideig sikeresen dolgozott a cég laboratóriumaiban.

A felsorolás folytatható, mert a kíváncsi emberi elme annyira találékony, hogy néha egy-egy technikai probléma megoldásához olyan anyagokra van szüksége, amelyek eddig ismeretlen tulajdonságokkal vagy e tulajdonságok hihetetlen kombinációival rendelkeznek. A természet már nem tart lépést étvágyunkkal, és a világ minden tájáról származó tudósok csatlakoztak a versenyhez, hogy olyan anyagokat hozzanak létre, amelyeknek nincs természetes analógja.

Ez egy elektromos burkolat vagy ház szándékos csatlakoztatása egy védőföldelő berendezéshez. Általában a földelést acél- vagy rézszalagok, csövek, rudak vagy szögek formájában végzik, amelyeket 2,5 méternél mélyebbre temetnek a földbe, amelyek baleset esetén biztosítják az áram áramlását az áramkör mentén. készülék - ház vagy ház - föld - az AC forrás nulla vezetéke. Ennek az áramkörnek az ellenállása nem lehet több 4 ohmnál. Ebben az esetben a vészhelyzeti eszköz házának feszültsége az emberek számára biztonságos értékekre csökken, és az elektromos áramkört valamilyen módon védő automatikus eszközök kikapcsolják a vészhelyzeti eszközt.

A védőföldelés elemeinek számításakor fontos szerepet kap a talajok fajlagos ellenállásának ismerete, amely széles határok között változhat.

A referenciatáblázatok adatainak megfelelően kiválasztják a földelő eszköz területét, ebből számítják ki a földelő elemek számát és a teljes eszköz tényleges kialakítását. A védőföldelő szerkezet szerkezeti elemeinek csatlakoztatása hegesztéssel történik.

Elektrotomográfia

Az elektromos feltárás a felszínközeli geológiai környezetet vizsgálja, érc és nemfémes ásványok és egyéb objektumok felkutatására szolgál különféle mesterséges elektromos és elektromágneses terek vizsgálata alapján. Az elektromos feltárás speciális esete az elektromos fajlagos ellenállás-tomográfia – egy módszer a kőzetek tulajdonságainak fajlagos ellenállásuk alapján történő meghatározására.

A módszer lényege, hogy az elektromos térforrás egy bizonyos pozíciójában különböző szondákon feszültségméréseket végzünk, majd a térforrást más helyre mozgatjuk, vagy másik forrásra kapcsoljuk és a méréseket megismételjük. A terepi forrásokat és a terepi vevőszondákat a felszínen és a kutakban helyezzük el.

Ezután a kapott adatokat modern számítógépes feldolgozási módszerekkel dolgozzák fel és értelmezik, amelyek lehetővé teszik az információk kétdimenziós és háromdimenziós képek formájában történő megjelenítését.

Az elektrotomográfia nagyon pontos keresési módszerként felbecsülhetetlen segítséget nyújt a geológusok, régészek és paleozoológusok számára.

Az ásványlelőhelyek előfordulási formájának és elterjedési határainak meghatározása (körvonalazása) lehetővé teszi az ásványok vénás lerakódásai előfordulásának azonosítását, ami jelentősen csökkenti a későbbi fejlesztés költségeit.

A régészek számára ez a keresési módszer értékes információkkal szolgál az ókori temetkezések helyéről és a bennük található leletekről, ezáltal csökkentve a feltárási költségeket.

A paleozoológusok elektrotomográfiával ósdi állatok megkövesedett maradványait keresik; munkájuk eredménye a természettudományi múzeumokban látható az őskori megafauna csontvázainak csodálatos rekonstrukciói formájában.

Ezenkívül az elektromos tomográfiát mérnöki építmények építésében és későbbi üzemeltetésében használják: sokemeletes épületek, gátak, gátak, töltések és mások.

Az ellenállás definíciói a gyakorlatban

A gyakorlati problémák megoldása érdekében néha meg kell határoznunk egy anyag összetételét, például egy polisztirolhab-vágó drótját. Van két megfelelő átmérőjű huzaltekercsünk különböző, számunkra ismeretlen anyagokból. A probléma megoldásához meg kell találni az elektromos ellenállásukat, majd meg kell határozni a vezeték anyagát a talált értékek közötti különbség vagy referencia táblázat segítségével.

Mérőszalaggal mérünk és minden mintáról 2 méter drótot vágunk le. Határozzuk meg mikrométerrel a d1 és d2 huzalátmérőket. A multimétert az ellenállásmérés alsó határáig bekapcsolva megmérjük az R1 minta ellenállását. Ismételjük meg az eljárást egy másik mintánál, és mérjük meg az ellenállását is R₂.

Figyelembe vesszük, hogy a vezetékek keresztmetszete a képlet alapján kerül kiszámításra

S \u003d π ∙ d 2/4

Most az elektromos ellenállás kiszámításának képlete így fog kinézni:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

A kapott L, d₁ és R₁ értékeket behelyettesítve a fenti cikkben megadott ellenállás számítási képletébe, kiszámítjuk az első minta ρ₁ értékét.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

A kapott L, d₂ és R₂ értékeket behelyettesítve a képletbe, kiszámítjuk a második minta ρ₂ értékét.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

A ρ₁ és ρ₂ értékeket a fenti 2. táblázat referenciaadataival összevetve arra a következtetésre jutunk, hogy az első minta anyaga acél, a második minta nikróm, ebből készítjük el a vágószálat.

A fém azon képességét, hogy töltött áramot enged át magán, ún. Az ellenállás viszont az anyag egyik jellemzője. Minél nagyobb az elektromos ellenállás egy adott feszültség mellett, annál kisebb lesz.. A vezető ellenállási erejét jellemzi a töltött elektronok mentén irányuló mozgására. Mivel az elektromosság átviteli tulajdonsága az ellenállás reciproka, ez azt jelenti, hogy képletek formájában 1 / R arányban fejezzük ki.

Az ellenállás mindig az eszközök gyártásához használt anyag minőségétől függ. Mérése egy 1 méter hosszú és 1 négyzetmilliméter keresztmetszeti területű vezető paraméterei alapján történik. Például a réz fajlagos ellenállásának tulajdonsága mindig 0,0175 Ohm, alumíniumnál - 0,029, vasnál - 0,135, konstansnál - 0,48, nikrómnál - 1-1,1. Az acél fajlagos ellenállása megegyezik a 2 * 10-7 Ohm.m számmal

Az áram ellenállása egyenesen arányos annak a vezetőnek a hosszával, amelyen keresztül mozog. Minél hosszabb a készülék, annál nagyobb az ellenállás. Könnyebb lesz megtanulni ezt a függőséget, ha elképzeli, hogy két képzeletbeli érpár kommunikál egymással. Hagyja, hogy az összekötő cső az egyik készülékpárnál vékonyabb, a másiknál ​​vastagabb legyen. Ha mindkét pár meg van töltve vízzel, a folyadék átmenete a vastag csőbe sokkal gyorsabb lesz, mert kevésbé fog ellenállni a víz áramlásának. Ezzel a hasonlattal könnyebben áthalad egy vastag vezetőn, mint egy vékonyon.

Az ellenállást, mint SI mértékegységet ohm.m-ben mérjük. A vezetőképesség a töltött részecskék átlagos szabad útjától függ, amelyet az anyag szerkezete jellemez. A szennyeződés nélküli fémek, amelyekben a legmegfelelőbb, rendelkeznek a legalacsonyabb ellenhatás értékkel. Ezzel szemben a szennyeződések torzítják a rácsot, ezáltal növelik a teljesítményét. A fémek ellenállása normál hőmérsékleten szűk értéktartományban található: ezüsttől 0,016-tól 10 μOhm.m-ig (vas- és krómötvözetek alumíniummal).

A töltöttek mozgásának sajátosságairól

A vezetőben lévő elektronokat a hőmérséklet befolyásolja, mivel ennek növekedésével a meglévő ionok és atomok hullámoszcillációinak amplitúdója nő. Ennek eredményeként az elektronoknak kevesebb szabad helyük van a kristályrácsban való normál mozgáshoz. Ez pedig azt jelenti, hogy növekszik a rendezett mozgás akadálya. Bármely vezető ellenállása, mint általában, lineárisan növekszik a hőmérséklet emelkedésével. A félvezetőkre pedig éppen ellenkezőleg, a növekvő fokos csökkenés jellemző, mivel emiatt sok töltés szabadul fel, amelyek közvetlenül elektromos áramot hoznak létre.

Néhány fémvezető lehűtése a kívánt hőmérsékletre, ellenállásuk ugrásszerű állapotba kerül, és nullára csökken. Ezt a jelenséget 1911-ben fedezték fel, és szupravezetésnek nevezték.

• konstantán (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
• Manganin (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
• Nikkel-ezüst (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
• Nikkelin (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
• Nikróm (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
• Reonát (84 Cu, 12 Mn, 4 Zn)
• Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

A nikróm ellenállása

Minden test, amelyen elektromos áram folyik át, automatikusan bizonyos ellenállást biztosít neki. A vezetőnek azt a tulajdonságát, hogy ellenáll az elektromos áramnak, elektromos ellenállásnak nevezzük.

Tekintsük ennek a jelenségnek az elektronikus elméletét. Amikor egy vezető mentén mozognak, a szabad elektronok folyamatosan találkoznak más elektronokkal és atomokkal útjuk során. A velük való kölcsönhatás során a szabad elektron elveszíti töltése egy részét. Így az elektronok ellenállásba ütköznek a vezető anyagából. Minden test saját atomszerkezettel rendelkezik, amely eltérő ellenállást biztosít az elektromos árammal szemben. Az ellenállás mértékegysége az ohm. Az anyagok ellenállását R vagy r jelzi.

Minél kisebb a vezető ellenállása, annál könnyebben halad át az elektromos áram ezen a testen. És fordítva: minél nagyobb az ellenállás, annál rosszabbul vezeti a test az elektromos áramot.

Az egyes vezetékek ellenállása annak az anyagnak a tulajdonságaitól függ, amelyből készült. Az anyag elektromos ellenállásának pontos jellemzésére bevezették a fogalmat - fajlagos ellenállás (nikróm, alumínium stb.). A fajlagos ellenállás egy legfeljebb 1 m hosszú vezető ellenállása, amelynek keresztmetszete 1 négyzetméter. mm. Ezt a mutatót p betű jelöli. A vezetékek gyártásához használt minden anyagnak megvan a maga ellenállása. Vegyük például a nikróm és a fekrális ellenállását (több mint 3 mm):

• Х15Н60 – 1,13 Ohm*mm/m
• Kh23Yu5T - 1,39 Ohm * mm / m
• Х20Н80 – 1,12 Ohm*mm/m
• XN70YU - 1,30 Ohm*mm/m
• XN20YUS - 1,02 Ohm*mm/m

A nikróm, fechral fajlagos ellenállása jelzi alkalmazásuk fő körét: hőtechnikai eszközök, háztartási készülékek és ipari kemencék elektromos fűtőelemeinek gyártása.

Mivel a nikrómot és a fekrált főként fűtőelemek gyártásánál használják, a legelterjedtebb termékek a nikrómszál, szalag, Kh15N60 és Kh20N80 szalag, valamint a Kh23Yu5T fechral huzal.

A réz ellenállása a hőmérséklettel változik, de először el kell dönteni, hogy a vezetékek elektromos ellenállását (ohmikus ellenállást) értjük, ami az Etherneten keresztüli, egyenáramú tápellátásnál fontos, vagy az adathálózatok jeleiről beszélünk, majd az elektromágneses hullám sodrott érpárú közegben történő terjedése során fellépő beillesztési veszteségről és a csillapítás hőmérséklettől (és frekvenciától) való függéséről van szó, ami nem kevésbé fontos.

A réz ellenállása

A nemzetközi SI rendszerben a vezetők ellenállását Ohm∙m-ben mérik. Az informatika területén gyakrabban használják az Ohm∙mm 2 /m rendszeren kívüli méretet, ami kényelmesebb a számításokhoz, mivel a vezetékek keresztmetszete általában mm 2 -ben van megadva. Az 1 Ohm∙mm 2 /m értéke milliószor kisebb, mint 1 Ohm∙m, és egy olyan anyag fajlagos ellenállását jellemzi, amelynek homogén vezetője 1 m hosszú és keresztmetszete 1 mm 2 1 Ohm ellenállást ad.

A tiszta elektromos réz ellenállása 20°C-on az 0,0172 Ohm∙mm2/m. Különféle forrásokban 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m értékig találhat értékeket, amelyek az elektromos rézre is vonatkoznak. Az értékek az anyag feldolgozásától függően változnak. Például a huzal húzása ("húzása") utáni izzítása néhány százalékkal csökkenti a réz ellenállását, bár ezt elsősorban a mechanikai, nem pedig az elektromos tulajdonságok megváltoztatására végzik.

A réz fajlagos ellenállása közvetlen hatással van az Etherneten keresztüli áramellátásra. A vezetőre alkalmazott eredeti egyenáramnak csak egy része éri el a vezető túlsó végét – elkerülhetetlen bizonyos veszteség az út során. Például, PoE Type 1 legalább 12,95 watt 15,4 watt teljesítményt igényel a forrás által szolgáltatott teljesítmény a távoli tápellátású eszköz eléréséhez.

A réz fajlagos ellenállása a hőmérséklettel változik, de IT hőmérsékleten ezek a változások kicsik. Az ellenállás változását a következő képletekkel számítjuk ki:

ΔR = α R ΔT

R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

ahol ΔR az ellenállás változása, R az ellenállás az alapvonalnak vett hőmérsékleten (általában 20 °C), ΔT a hőmérsékleti gradiens, α az ellenállás hőmérsékleti együtthatója adott anyagra (°C -1 méret) . A 0 °C és 100 °C közötti tartományban a réz esetében a hőmérsékleti együttható 0,004 °C -1. Számítsa ki a réz fajlagos ellenállását 60°C-on!

R 60°С = R 20°С (1 + α (60°С - 20°С)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m

Az ellenállás 16%-kal nőtt a hőmérséklet 40°C-os növekedésével. Kábelrendszerek működtetésekor természetesen a sodrott érpárnak nem szabad magas hőmérsékleten lennie, ezt nem szabad megengedni. Megfelelően megtervezett és telepített rendszer esetén a kábelek hőmérséklete alig tér el a megszokott 20 °C-tól, és ekkor kicsi lesz az ellenállásváltozás. A távközlési szabványok követelményei szerint a 100 m hosszú rézvezető ellenállása az 5e vagy 6 kategóriájú csavart érpárban 20 ° C-on nem haladhatja meg a 9,38 ohmot. A gyakorlatban a gyártók ezt az értéket tartalékkal illesztik, így még 25 ° C ÷ 30 ° C hőmérsékleten sem haladja meg a rézvezető ellenállása ezt az értéket.

Csavart érpár csillapítás / beillesztési veszteség

Amikor egy elektromágneses hullám egy csavart érpárú rézközegen keresztül terjed, energiájának egy része a közeli végtől a távoli végig terjedő út mentén disszipálódik. Minél magasabb a kábel hőmérséklete, annál jobban gyengül a jel. A magas frekvenciákon a csillapítás erősebb, mint az alacsony frekvenciákon, a magasabb kategóriáknál pedig szigorúbbak a beillesztési veszteség vizsgálati határai. Ebben az esetben minden határérték 20°C-os hőmérsékletre van beállítva. Ha 20°C-on az eredeti jel egy 100 méter hosszú, P teljesítményszintű szegmens túlsó végére érkezett, akkor magasabb hőmérsékleten kisebb távolságon lesz megfigyelhető ilyen jelerősség. Ha a szegmens kimenetén azonos jelerősséget kell biztosítani, akkor vagy rövidebb kábelt kell beépíteni (ami nem mindig lehetséges), vagy alacsonyabb csillapítású kábelmárkákat kell választania.

• Árnyékolt kábeleknél 20°C feletti hőmérsékleten 1 fokos hőmérsékletváltozás 0,2%-os csillapítás-változáshoz vezet
• Minden típusú kábel és bármilyen frekvencia esetén 40 ° C-ig terjedő hőmérsékleten a hőmérséklet 1 fokos változása a csillapítás 0,4% -os változásához vezet.
• Minden típusú kábel és bármilyen frekvencia esetén 40°C és 60°C közötti hőmérsékleten a hőmérséklet 1 fokos változása a csillapítás 0,6%-os változását eredményezi.
• A 3. kategóriájú kábelek csillapítási ingadozása Celsius-fokonként 1,5% lehet

Már 2000 elején. A TIA/EIA-568-B.2 azt javasolta, hogy a 6. kategóriájú állandó kapcsolat/csatorna maximális megengedett hosszát csökkentsék, ha a kábelt magasabb hőmérsékleten telepítették, és minél magasabb a hőmérséklet, annál rövidebbnek kell lennie a szegmensnek.

Figyelembe véve, hogy a 6A kategória frekvenciaplafonja kétszerese a 6. kategóriáénak, az ilyen rendszerek hőmérsékleti határértékei még szigorúbbak lesznek.

A mai napig az alkalmazások megvalósítása során PoE maximum 1 gigabites sebességről beszélünk. 10 Gb-os alkalmazások használata esetén a Power over Ethernet nincs használatban, legalábbis még nem. Igényeitől függően tehát a hőmérséklet megváltoztatásakor vagy a réz fajlagos ellenállásának változását, vagy a csillapítás változását kell figyelembe venni. A legésszerűbb mindkét esetben annak biztosítása, hogy a kábelek hőmérséklete közel 20 °C legyen.