Má najvyšší odpor. Výpočet rezistivity kovov, najmä medi

Odpor kovov je ich schopnosť odolávať elektrickému prúdu, ktorý nimi prechádza. Jednotkou merania tejto hodnoty je Ohm * m (Ohm-meter). Ako symbol sa používa grécke písmeno ρ (rho). Vysoký odpor znamená zlé vedenie elektrického náboja konkrétnym materiálom.

Špecifikácie ocele

Pred podrobným zvážením odporu ocele by ste sa mali oboznámiť s jej základnými fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami. Pre svoje kvality je tento materiál široko používaný vo výrobnom sektore a iných oblastiach života a činností ľudí.

Oceľ je zliatina železa a uhlíka, obsiahnutá v množstve nepresahujúcom 1,7%. Okrem uhlíka obsahuje oceľ určité množstvo nečistôt – kremík, mangán, síru a fosfor. Svojimi kvalitami je oveľa lepšia ako liatina, dá sa ľahko kaliť, kovať, valcovať a inak spracovávať. Všetky druhy ocelí sa vyznačujú vysokou pevnosťou a ťažnosťou.

Podľa účelu sa oceľ delí na konštrukčné, nástrojové a tiež so špeciálnymi fyzikálnymi vlastnosťami. Každý z nich obsahuje iné množstvo uhlíka, vďaka čomu materiál získava určité špecifické vlastnosti, napríklad tepelnú odolnosť, tepelnú odolnosť, odolnosť proti hrdzi a korózii.

Osobitné miesto zaujímajú elektrotechnické ocele vyrábané vo formáte plechu a používané pri výrobe elektrických výrobkov. Na získanie tohto materiálu sa vykonáva dopovanie kremíkom, čo môže zlepšiť jeho magnetické a elektrické vlastnosti.

Aby elektrooceľ získala potrebné vlastnosti, musia byť splnené určité požiadavky a podmienky. Materiál by sa mal ľahko magnetizovať a remagnetizovať, to znamená, že má vysokú magnetickú permeabilitu. Takéto ocele majú dobré a ich obrátenie magnetizácie sa vykonáva s minimálnymi stratami.

Od dodržiavania týchto požiadaviek závisia rozmery a hmotnosť magnetických jadier a vinutí, ako aj účinnosť transformátorov a ich prevádzková teplota. Splnenie podmienok je ovplyvnené mnohými faktormi, vrátane odporu ocele.

Odpor a ďalšie ukazovatele

Hodnota elektrického odporu je pomer intenzity elektrického poľa v kove a prúdovej hustoty, ktorá v ňom tečie. Pre praktické výpočty sa používa vzorec: v ktorom ρ je odpor kovu (Ohm * m), E- intenzita elektrického poľa (V/m), a J- hustota elektrického prúdu v kove (A / m 2). Pri veľmi vysokej sile elektrického poľa a nízkej hustote prúdu bude merný odpor kovu vysoký.

Existuje ďalšia veličina nazývaná elektrická vodivosť, prevrátená hodnota odporu, ktorá označuje stupeň vodivosti elektrického prúdu konkrétnym materiálom. Je určená vzorcom a je vyjadrená v jednotkách Sm / m - Siemens na meter.

Odpor úzko súvisí s elektrickým odporom. Majú však medzi sebou rozdiely. V prvom prípade ide o vlastnosť materiálu vrátane ocele a v druhom prípade o vlastnosť celého objektu. Kvalitu rezistora ovplyvňuje kombinácia viacerých faktorov, predovšetkým tvar a rezistivita materiálu, z ktorého je vyrobený. Napríklad, ak bol na výrobu drôtového odporu použitý tenký a dlhý drôt, jeho odpor bude väčší ako odpor rezistora vyrobeného z hrubého a krátkeho drôtu z rovnakého kovu.

Ďalším príkladom sú drôtové odpory rovnakého priemeru a dĺžky. Ak však v jednom z nich má materiál vysoký odpor a v druhom je nízky, potom bude elektrický odpor v prvom odpore vyšší ako v druhom.

Keď poznáte základné vlastnosti materiálu, môžete použiť odpor ocele na určenie hodnoty odporu oceľového vodiča. Na výpočty sa okrem elektrického odporu bude vyžadovať aj priemer a dĺžka samotného drôtu. Výpočty sa vykonávajú podľa nasledujúceho vzorca: , v ktorom R je (Ohm), ρ - rezistivita ocele (Ohm * m), L- zodpovedá dĺžke drôtu, ALE- plocha jeho prierezu.

Existuje závislosť rezistivity ocele a iných kovov od teploty. Vo väčšine výpočtov sa používa izbová teplota - 20 0 C. Všetky zmeny pod vplyvom tohto faktora sa berú do úvahy pomocou teplotného koeficientu.

Ako vieme z Ohmovho zákona, prúd v obvode je v nasledujúcom vzťahu: I=U/R. Zákon bol odvodený ako výsledok série experimentov nemeckého fyzika Georga Ohma v 19. storočí. Všimol si vzor: sila prúdu v ktorejkoľvek časti obvodu priamo závisí od napätia, ktoré je aplikované na túto časť, a naopak - od jej odporu.

Neskôr sa zistilo, že odpor sekcie závisí od jej geometrických charakteristík takto: R = ρl/S,

kde l je dĺžka vodiča, S je plocha jeho prierezu a ρ je určitý koeficient úmernosti.

Odpor je teda určený geometriou vodiča, ako aj takým parametrom, ako je rezistivita (ďalej len c.s.) - tak sa nazýval tento koeficient. Ak vezmete dva vodiče s rovnakým prierezom a dĺžkou a zaradíte ich do obvodu, potom meraním sily prúdu a odporu môžete vidieť, že v dvoch prípadoch budú tieto indikátory odlišné. Teda konkrétne elektrický odpor- to je charakteristika materiálu, z ktorého je vodič vyrobený, a ešte presnejšie látky.

Vodivosť a odpor

W.s. označuje schopnosť látky blokovať prechod prúdu. Ale vo fyzike existuje aj prevrátená hodnota - vodivosť. Ukazuje schopnosť viesť elektrický prúd. Vyzerá to takto:

σ=1/ρ, kde ρ je merný odpor látky.

Ak hovoríme o vodivosti, potom je určená charakteristikami nosičov náboja v tejto látke. Takže v kovoch sú voľné elektróny. Na vonkajšom obale ich nie sú viac ako tri a pre atóm je výhodnejšie ich „rozdať“, čo sa stane, keď chemické reakcie s látkami z pravej strany periodickej tabuľky. V situácii, keď máme čistý kov, má kryštalickú štruktúru, v ktorej sú tieto vonkajšie elektróny bežné. Nesú náboj, ak na kov pôsobí elektrické pole.

V roztokoch sú nosičmi náboja ióny.

Ak hovoríme o látkach, ako je kremík, potom svojimi vlastnosťami je polovodič a funguje trochu iným spôsobom, ale o tom neskôr. Medzitým poďme zistiť, ako sa tieto triedy látok líšia, ako napríklad:

1. vodiče;
2. polovodiče;
3. Dielektrika.

Vodiče a dielektrika

Existujú látky, ktoré takmer nevedú prúd. Nazývajú sa dielektriká. Takéto látky sú schopné polarizovať sa v elektrickom poli, to znamená, že ich molekuly sa môžu v tomto poli otáčať v závislosti od toho, ako sú v nich rozložené. elektróny. Ale keďže tieto elektróny nie sú voľné, ale slúžia na väzbu medzi atómami, nevedú prúd.

Vodivosť dielektrík je takmer nulová, hoci medzi nimi neexistujú žiadne ideálne (to je rovnaká abstrakcia ako absolútne čierne teleso alebo ideálny plyn).

Podmienená hranica pojmu "vodič" je ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Medzi týmito dvoma triedami sú látky nazývané polovodiče. Ich výber do samostatnej skupiny látok však nesúvisí ani tak s ich stredným stavom v línii "vodivosť - odpor", ale s vlastnosťami tejto vodivosti za rôznych podmienok.

Závislosť od faktorov prostredia

Vodivosť nie je presne konštantná. Údaje v tabuľkách, z ktorých sa ρ berie na výpočty, existujú pre normálne podmienky prostredia, to znamená pre teplotu 20 stupňov. V skutočnosti je ťažké nájsť také ideálne podmienky pre prevádzku okruhu; vlastne u.s. (a teda aj vodivosť) závisí od nasledujúcich faktorov:

1. teplota;
2. tlak;
3. prítomnosť magnetických polí;
4. svetlo;
5. stav agregácie.

Rôzne látky majú svoj vlastný harmonogram zmien tohto parametra za rôznych podmienok. Feromagnety (železo a nikel) ho teda zvyšujú, keď sa smer prúdu zhoduje so smerom magnetických siločiar. Čo sa týka teploty, tu je závislosť takmer lineárna (existuje dokonca aj pojem teplotného koeficientu odporu, a to je tiež tabuľková hodnota). Smer tejto závislosti je však odlišný: pre kovy sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, zatiaľ čo pre prvky vzácnych zemín a roztoky elektrolytov sa zvyšuje - a to je v rovnakom stave agregácie.

U polovodičov nie je závislosť od teploty lineárna, ale hyperbolická a inverzná: so stúpajúcou teplotou sa zvyšuje ich vodivosť. To kvalitatívne odlišuje vodiče od polovodičov. Takto vyzerá závislosť ρ od teploty vodičov:

Tu sú odpory medi, platiny a železa. Trochu iný graf pre niektoré kovy, napríklad ortuť - keď teplota klesne na 4 K, stratí ju takmer úplne (tento jav sa nazýva supravodivosť).

A pre polovodiče bude táto závislosť niečo takéto:

Pri prechode do tekutého stavu sa ρ kovu zväčší, ale potom sa všetky správajú inak. Napríklad v roztavenom bizmute je nižšia ako pri izbovej teplote a v medi je 10-krát vyššia ako normálne. Nikel opustí čiarový graf pri 400 stupňoch, po ktorých ρ klesne.

Ale vo volfráme je teplotná závislosť taká vysoká, že spôsobuje vyhorenie žiaroviek. Keď je zapnutý, prúd ohrieva cievku a jej odpor sa niekoľkokrát zvyšuje.

Tiež pri. s zliatin závisí od technológie ich výroby. Ak teda máme čo do činenia s jednoduchou mechanickou zmesou, potom sa odolnosť takejto látky dá vypočítať priemerom, ale je to rovnaké pre substitučnú zliatinu (to je, keď sa dva alebo viac prvkov pridajú do jednej kryštálovej mriežky) bude spravidla iný, oveľa väčší. Napríklad nichróm, z ktorého sa vyrábajú špirály pre elektrické sporáky, má pre tento parameter takú hodnotu, že tento vodič sa po pripojení k obvodu zahreje do červena (preto sa v skutočnosti používa).

Tu je charakteristika ρ uhlíkových ocelí:

Ako vidno, pri približovaní sa k teplote topenia sa stabilizuje.

Odpor rôznych vodičov

Nech je to akokoľvek, ρ sa používa vo výpočtoch za normálnych podmienok. Tu je tabuľka, pomocou ktorej môžete porovnať túto charakteristiku pre rôzne kovy:

Ako vidno z tabuľky, najlepším vodičom je striebro. A len jeho cena bráni jeho masívnemu použitiu pri výrobe káblov. W.s. hliník je tiež malý, ale menej ako zlato. Z tabuľky je zrejmé, prečo je elektroinštalácia v domoch medená alebo hliníková.

Tabuľka neobsahuje nikel, ktorý, ako sme už povedali, má trochu nezvyčajnú y krivku. s od teploty. Špecifická odolnosť niklu po zvýšení teploty na 400 stupňov nezačne rásť, ale klesať. Zaujímavo sa správa aj v iných substitučných zliatinách. Takto sa správa zliatina medi a niklu v závislosti od percenta oboch:

A tento zaujímavý graf ukazuje odolnosť zliatin zinku a horčíka:

Vysoko odolné zliatiny sa používajú ako materiály na výrobu reostatov, tu sú ich vlastnosti:

Ide o zložité zliatiny pozostávajúce zo železa, hliníka, chrómu, mangánu, niklu.

Pokiaľ ide o uhlíkové ocele, je to približne 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.

Rozdiel medzi u. s rôzne vodiče určujú ich použitie. Meď a hliník sa teda široko používajú pri výrobe káblov a zlato a striebro sa používajú ako kontakty v mnohých rádiotechnických výrobkoch. Vysokoodporové vodiče si našli svoje miesto medzi výrobcami elektrospotrebičov (presnejšie boli na to stvorené).

Variabilita tohto parametra v závislosti od podmienok prostredia tvorila základ takých zariadení, ako sú snímače magnetického poľa, termistory, tenzometre a fotorezistory.

14.04.2018

Ako vodivé časti v elektrických inštaláciách sa používajú vodiče z medi, hliníka, ich zliatin a železa (ocele).

Meď je jedným z najlepších vodivých materiálov. Hustota medi pri 20 ° C je 8,95 g / cm 3, teplota topenia je 1083 ° C. Meď je chemicky mierne aktívna, ale ľahko sa rozpúšťa v kyseline dusičnej a v zriedenej kyseline chlorovodíkovej a sírovej sa rozpúšťa iba v prítomnosti oxidačných činidlá (kyslík). Na vzduchu je meď rýchlo pokrytá tenkou vrstvou oxidu tmavej farby, ale táto oxidácia nepreniká hlboko do kovu a slúži ako ochrana pred ďalšou koróziou. Meď sa dobre hodí na kovanie a valcovanie bez zahrievania.

Používa sa na výrobu elektrolytická meď v ingotoch obsahujúcich 99,93 % čistej medi.

Elektrická vodivosť medi silne závisí od množstva a typu nečistôt a v menšej miere od mechanického a tepelného spracovania. pri 20 °C je 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Na výrobu vodičov sa používa mäkká, polotvrdá alebo tvrdá meď so špecifickou hmotnosťou 8,9, 8,95 a 8,96 g / cm3.

Na výrobu častí prúdových častí sa široko používa meď v zliatinách s inými kovmi. Najčastejšie používané zliatiny sú:

Mosadz je zliatina medi a zinku, obsahujúca minimálne 50 % medi v zliatine, s prídavkom iných kovov. mosadz 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Existuje mosadz - tompak s obsahom medi viac ako 72% (má vysokú ťažnosť, antikorózne a antifrikčné vlastnosti) a špeciálne mosadze s prídavkom hliníka, cínu, olova alebo mangánu.

Mosadzný kontakt

Bronzy sú zliatinou medi a cínu s prísadou rôznych kovov. V závislosti od obsahu hlavnej zložky v zliatine sa bronzy nazývajú cín, hliník, kremík, fosfor a kadmium. Odolnosť bronzu 0,021 - 0,052 ohm x mm 2 /m.

Mosadz a bronz majú dobré mechanické a fyzikálno-chemické vlastnosti. Sú ľahko spracovateľné odlievaním a tlakom, odolné voči atmosférickej korózii.

Hliník - svojimi vlastnosťami druhý vodivý materiál po medi. Teplota topenia 659,8 ° C. Hustota hliníka pri teplote 20 ° - 2,7 g / cm3. Hliník sa ľahko odlieva a dobre opracúva. Hliník je pri teplote 100 - 150 °C kovaný a tvárny (možno ho valcovať do hrúbky 0,01 mm).

Elektrická vodivosť hliníka je vysoko závislá od nečistôt a málo od mechanického a tepelného spracovania. Čím čistejšie je zloženie hliníka, tým vyššia je jeho elektrická vodivosť a lepšia odolnosť voči chemickému napadnutiu. Opracovanie, valcovanie a žíhanie výrazne ovplyvňuje mechanickú pevnosť hliníka. Hliník spracovávaný za studena zvyšuje jeho tvrdosť, elasticitu a pevnosť v ťahu. Odolnosť hliníka pri 20 ° С 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

Pri výmene medi hliníkom je potrebné zväčšiť prierez vodiča z hľadiska vodivosti, t.j. 1,63-krát.

Pri rovnakej vodivosti bude hliníkový vodič 2-krát ľahší ako medený vodič.

Na výrobu vodičov sa používa hliník obsahujúci najmenej 98 % čistého hliníka, kremík najviac 0,3 %, železo najviac 0,2 %.

Na výrobu častí prúdových častí použite zliatiny hliníka s inými kovmi, napríklad: Duralumin - zliatina hliníka s meďou a mangánom.

Silumin je ľahká liata hliníková zliatina s prímesou kremíka, horčíka, mangánu.

Zliatiny hliníka majú dobré odlievacie vlastnosti a vysokú mechanickú pevnosť.

Najpoužívanejšie v elektrotechnike sú nasledujúce hliníkových zliatin:

Spracovaná hliníková zliatina triedy AD, s hliníkom najmenej 98,8 a inými nečistotami do 1,2.

Tepaná hliníková zliatina značky AD1, s ​​hliníkom nie menej ako 99,3 n ostatné nečistoty do 0,7.

Tepaná hliníková zliatina značky AD31, ktorá má hliník 97,35 - 98,15 a ostatné nečistoty 1,85 -2,65.

Zliatiny akosti AD a AD1 sa používajú na výrobu puzdier a lisovníc hardvérových svoriek. Profily a pneumatiky používané pre elektrické vodiče sú vyrobené zo zliatiny triedy AD31.

Výrobky vyrobené zo zliatin hliníka v dôsledku tepelného spracovania získavajú vysokú pevnosť v ťahu a klzu (tečenie).

Železo - teplota topenia 1539°C. Hustota železa je 7,87. Železo sa rozpúšťa v kyselinách, oxiduje s halogénmi a kyslíkom.

V elektrotechnike sa používajú ocele rôznych akostí, napr.

Uhlíkové ocele sú kujné zliatiny železa s uhlíkom a inými metalurgickými nečistotami.

Špecifický odpor uhlíkových ocelí je 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Legované ocele sú zliatiny s prídavkami chrómu, niklu a iných prvkov pridávaných do uhlíkovej ocele.

Ocele sú dobré.

Ako prísady do zliatin, ako aj na výrobu spájok a implementáciu vodivých kovov sa široko používajú:

Kadmium je kujný kov. Teplota topenia kadmia je 321°C. Odpor 0,1 ohm x mm 2 /m. V elektrotechnike sa kadmium používa na prípravu spájok s nízkou teplotou topenia a na ochranné nátery (kadmium) na kovové povrchy. Z hľadiska antikoróznych vlastností je kadmium blízke zinku, ale kadmiové nátery sú menej porézne a nanášajú sa v tenšej vrstve ako zinok.

Nikel - teplota topenia 1455°C. Špecifický odpor niklu je 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Pri bežných teplotách nie je oxidovaný vzdušným kyslíkom. Nikel sa používa v zliatinách a na ochranný povlak (niklovanie) kovových povrchov.

Cín - teplota topenia 231,9 ° C. Špecifický odpor cínu je 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Cín sa používa na spájkovanie ochranného povlaku (cínovanie) kovov v čistej forme a vo forme zliatin s inými kovmi.

Olovo - teplota topenia 327,4°C. Odpor 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Olovo sa používa v zliatinách s inými kovmi ako materiál odolný voči kyselinám. Pridáva sa do spájkovacích zliatin (spájok).

Striebro je veľmi kujný, kujný kov. Teplota topenia striebra je 960,5°C. Striebro je najlepší vodič tepla a elektrického prúdu.Špecifický odpor striebra je 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Striebro sa používa na ochranný náter (striebrenie) kovových povrchov.

Antimón je lesklý krehký kov s teplotou topenia 631°C. Antimón sa používa vo forme prísad do spájkovacích zliatin (spájok).

Chróm je tvrdý, lesklý kov. Teplota topenia 1830 °C. Pri normálnej teplote sa na vzduchu nemení. Špecifický odpor chrómu je 0,026 ohm x mm 2 /m. Chróm sa používa v zliatinách a na ochranný náter (chrómovanie) kovových povrchov.

Zinok - teplota topenia 419,4°C. Odolnosť zinku 0,053 - 0,062 ohm x mm 2 /m. Vo vlhkom vzduchu zinok oxiduje a pokryje sa vrstvou oxidu, ktorá chráni pred následným chemickým napadnutím. V elektrotechnike sa zinok používa ako prísada do zliatin a spájok, ako aj na ochranný náter (galvanizáciu) povrchov kovových častí.

Len čo elektrina opustila laboratóriá vedcov a začala sa vo veľkom zavádzať do praxe každodenného života, vyvstala otázka, ako nájsť materiály, ktoré majú určité, niekedy úplne opačné vlastnosti vo vzťahu k toku elektrického prúdu cez ne.

Napríklad pri prenose elektrickej energie na veľkú vzdialenosť boli kladené požiadavky na materiál vodičov, aby sa minimalizovali straty spôsobené zahrievaním Joule v kombinácii s nízkou hmotnosťou. Príkladom toho sú známe vedenia vysokého napätia z hliníkových drôtov s oceľovým jadrom.

Alebo naopak, na vytvorenie kompaktných rúrkových elektrických ohrievačov boli potrebné materiály s relatívne vysokým elektrickým odporom a vysokou tepelnou stabilitou. Najjednoduchším príkladom zariadenia, ktoré používa materiály s podobnými vlastnosťami, je horák bežného kuchynského elektrického sporáka.

Od vodičov používaných v biológii a medicíne ako elektródy, sondy a sondy sa vyžaduje vysoká chemická odolnosť a kompatibilita s biomateriálmi v kombinácii s nízkym prechodovým odporom.

Celá galaxia vynálezcov z rôznych krajín: Anglicko, Rusko, Nemecko, Maďarsko a USA vynaložili úsilie na vývoj takéhoto zariadenia, ktoré je dnes každému známe ako žiarovka. Thomas Edison, ktorý vykonal viac ako tisíc experimentov na testovanie vlastností materiálov vhodných pre úlohu vlákien, vytvoril lampu s platinovou špirálou. Edisonove lampy, hoci mali dlhú životnosť, neboli praktické kvôli vysokým nákladom na zdrojový materiál.

Praktické uplatnenie našla následná práca ruského vynálezcu Lodygina, ktorý navrhol použiť ako materiály závitov relatívne lacný žiaruvzdorný volfrám a molybdén s vyššou rezistivitou. Okrem toho Lodygin navrhol odčerpať vzduch zo žiaroviek a nahradiť ho inertnými alebo vzácnymi plynmi, čo viedlo k vytvoreniu moderných žiaroviek. Priekopníkom masovej výroby cenovo dostupných a odolných elektrických lámp bola spoločnosť General Electric, ktorej Lodygin postúpil práva na svoje patenty a potom dlho úspešne pracoval v laboratóriách spoločnosti.

V tomto zozname by sa dalo pokračovať, pretože zvedavá ľudská myseľ je natoľko vynaliezavá, že niekedy na vyriešenie určitého technického problému potrebuje materiály s doposiaľ neznámymi vlastnosťami alebo s neuveriteľnými kombináciami týchto vlastností. Príroda už nedrží krok s našimi chúťkami a vedci z celého sveta sa pripojili k pretekom vo vytváraní materiálov, ktoré nemajú prirodzené analógy.

Ide o zámerné pripojenie elektrického krytu alebo krytu k ochrannému uzemňovaciemu zariadeniu. Zvyčajne sa uzemnenie vykonáva vo forme oceľových alebo medených pásov, rúr, tyčí alebo uholníkov zakopaných v zemi do hĺbky viac ako 2,5 metra, ktoré v prípade nehody zabezpečia tok prúdu pozdĺž obvodu. zariadenie - puzdro alebo puzdro - uzemnenie - neutrálny vodič zdroja striedavého prúdu. Odpor tohto obvodu by nemal byť väčší ako 4 ohmy. V tomto prípade sa napätie na puzdre núdzového zariadenia zníži na hodnoty, ktoré sú pre ľudí bezpečné, a automatické zariadenia na ochranu elektrického obvodu tak či onak vypnú núdzové zariadenie.

Pri výpočte prvkov ochranného uzemnenia zohráva dôležitú úlohu znalosť rezistivity pôd, ktorá sa môže meniť v širokom rozsahu.

V súlade s údajmi referenčných tabuliek sa vyberie plocha uzemňovacieho zariadenia, z nej sa vypočíta počet uzemňovacích prvkov a skutočný dizajn celého zariadenia. Spojenie konštrukčných prvkov ochranného uzemňovacieho zariadenia sa vykonáva zváraním.

Elektrotomografia

Elektrický prieskum študuje blízkopovrchové geologické prostredie, využíva sa na vyhľadávanie rudných a nekovových nerastov a iných objektov na základe štúdia rôznych umelých elektrických a elektromagnetických polí. Špeciálnym prípadom elektrického prieskumu je elektrická odporová tomografia – metóda určovania vlastností hornín podľa ich rezistivity.

Podstatou metódy je, že pri určitej polohe zdroja elektrického poľa sa vykoná meranie napätia na rôznych sondách, potom sa zdroj poľa presunie na iné miesto alebo sa prepne na iný zdroj a merania sa opakujú. Poľné zdroje a poľné prijímačové sondy sú umiestnené na povrchu a v studniach.

Potom sa prijaté dáta spracujú a interpretujú pomocou moderných metód počítačového spracovania, ktoré umožňujú vizualizáciu informácií vo forme dvojrozmerných a trojrozmerných obrazov.

Elektrotomografia ako veľmi presná metóda vyhľadávania poskytuje neoceniteľnú pomoc geológom, archeológom a paleozoológom.

Určenie formy výskytu ložísk nerastných surovín a hraníc ich rozšírenia (vytýčenie) umožňuje identifikovať výskyt žilných ložísk nerastov, čo výrazne znižuje náklady na ich následný rozvoj.

Pre archeológov táto metóda vyhľadávania poskytuje cenné informácie o umiestnení starovekých pohrebísk a prítomnosti artefaktov v nich, čím znižuje náklady na vykopávky.

Paleozoológovia používajú elektrotomografiu na hľadanie fosílnych pozostatkov starých zvierat; výsledky ich práce možno vidieť v prírodovedných múzeách v podobe úžasných rekonštrukcií kostier pravekej megafauny.

Okrem toho sa elektrická tomografia používa pri výstavbe a následnej prevádzke inžinierskych stavieb: výškové budovy, priehrady, priehrady, nábrežia a iné.

Definície odporu v praxi

Niekedy sa pri riešení praktických problémov môžeme stretnúť s úlohou určiť zloženie látky, napríklad drôtu pre rezačku polystyrénovej peny. Máme dve cievky drôtu vhodného priemeru z rôznych pre nás neznámych materiálov. Na vyriešenie problému je potrebné nájsť ich elektrický odpor a potom určiť materiál drôtu pomocou rozdielu medzi zistenými hodnotami alebo pomocou referenčnej tabuľky.

Odmeriame zvinovacím metrom a z každej vzorky odstrihneme 2 metre drôtu. Určme priemery drôtov d₁ a d₂ pomocou mikrometra. Zapnutím multimetra na dolnú hranicu merania odporu zmeriame odpor vzorky R₁. Postup zopakujeme pre ďalšiu vzorku a zmeriame aj jej odpor R₂.

Berieme do úvahy, že plocha prierezu drôtov sa vypočíta podľa vzorca

S \u003d π ∙ d 2/4

Teraz bude vzorec na výpočet elektrického odporu vyzerať takto:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Dosadením získaných hodnôt L, d₁ a R₁ do vzorca na výpočet rezistivity uvedeného v článku vyššie vypočítame hodnotu ρ₁ pre prvú vzorku.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

Dosadením získaných hodnôt L, d₂ a R₂ do vzorca vypočítame hodnotu ρ₂ pre druhú vzorku.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

Z porovnania hodnôt ρ₁ a ρ₂ s referenčnými údajmi z vyššie uvedenej tabuľky 2 sme dospeli k záveru, že materiál prvej vzorky je oceľ a druhá vzorka je nichróm, z ktorého vyrobíme reznú strunu.

Schopnosť kovu prechádzať cez seba nabitý prúd sa nazýva. Odolnosť je zase jednou z charakteristík materiálu. Čím väčší je elektrický odpor pri danom napätí, tým bude menší Charakterizuje odporovú silu vodiča voči pohybu nabitých elektrónov smerujúcich pozdĺž neho. Keďže prenosová vlastnosť elektriny je prevrátená hodnota odporu, znamená to, že bude vyjadrená vo forme vzorcov ako pomer 1/R.

Odpor vždy závisí od kvality materiálu použitého pri výrobe zariadení. Meria sa na základe parametrov vodiča s dĺžkou 1 meter a plochou prierezu 1 štvorcový milimeter. Napríklad vlastnosť špecifického odporu pre meď je vždy 0,0175 Ohm, pre hliník - 0,029, železo - 0,135, konštantán - 0,48, nichróm - 1-1,1. Špecifický odpor ocele sa rovná číslu 2 * 10-7 Ohm.m

Odpor voči prúdu je priamo úmerný dĺžke vodiča, po ktorom sa pohybuje. Čím dlhšie zariadenie, tým vyšší odpor. Ľahšie sa túto závislosť naučíte, ak si predstavíte dva imaginárne páry nádob, ktoré spolu komunikujú. Nechajte spojovaciu hadičku tenšiu pre jeden pár zariadení a hrubšiu pre druhý. Keď sú oba páry naplnené vodou, prechod kvapaliny do hrubej trubice bude oveľa rýchlejší, pretože bude mať menší odpor voči prúdeniu vody. Podľa tejto analógie je pre neho ľahšie prejsť hrubým vodičom ako tenkým.

Odpor, ako jednotka SI, sa meria v ohm.m. Vodivosť závisí od strednej voľnej dráhy nabitých častíc, ktorá je charakterizovaná štruktúrou materiálu. Kovy bez prímesí, v ktorých ten najsprávnejší, majú najnižšie protiakčné hodnoty. Naopak, nečistoty deformujú mriežku, čím zvyšujú jej výkon. Rezistivita kovov sa nachádza v úzkom rozmedzí hodnôt pri normálnej teplote: od striebra od 0,016 do 10 μOhm.m (zliatiny železa a chrómu s hliníkom).

O vlastnostiach pohybu nabitých

elektrónov vo vodiči je ovplyvnená teplotou, pretože s jej nárastom sa zvyšuje amplitúda vlnových oscilácií existujúcich iónov a atómov. V dôsledku toho majú elektróny menej voľného priestoru na normálny pohyb v kryštálovej mriežke. A to znamená, že prekážka usporiadaného pohybu narastá. Odpor akéhokoľvek vodiča sa ako obvykle zvyšuje lineárne so zvyšujúcou sa teplotou. A pre polovodiče je naopak charakteristický pokles so zvyšujúcimi sa stupňami, pretože z tohto dôvodu sa uvoľňuje veľa nábojov, ktoré priamo vytvárajú elektrický prúd.

Proces ochladzovania niektorých kovových vodičov na požadovanú teplotu privedie ich odpor do skokového stavu a klesne na nulu. Tento jav bol objavený v roku 1911 a nazýva sa supravodivosť.

• Konstantan (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
• Manganín (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
• Niklové striebro (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
• Nikelín (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
• nichróm (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
• Rheonát (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
• Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

Odolnosť nichrómu

Každé teleso, ktorým prechádza elektrický prúd, mu automaticky kladie určitý odpor. Vlastnosť vodiča odolávať elektrickému prúdu sa nazýva elektrický odpor.

Zvážte elektronickú teóriu tohto javu. Pri pohybe po vodiči sa voľné elektróny na svojej ceste neustále stretávajú s inými elektrónmi a atómami. Pri interakcii s nimi voľný elektrón stráca časť svojho náboja. Elektróny teda narážajú na odpor materiálu vodiča. Každé teleso má svoju vlastnú atómovú štruktúru, ktorá poskytuje rôznu odolnosť voči elektrickému prúdu. Jednotkou odporu je ohm. Odolnosť materiálov je označená - R alebo r.

Čím nižší je odpor vodiča, tým ľahšie prechádza elektrický prúd cez toto teleso. A naopak: čím vyšší odpor, tým horšie telo vedie elektrický prúd.

Odolnosť každého jednotlivého vodiča závisí od vlastností materiálu, z ktorého je vyrobený. Na presnú charakteristiku elektrického odporu materiálu bol zavedený pojem - špecifický odpor (nichróm, hliník atď.). Za špecifický odpor sa považuje odpor vodiča dlhého do 1 m, ktorého prierez je 1 m2. mm. Tento indikátor sa označuje písmenom p. Každý materiál použitý pri výrobe vodiča má svoj vlastný odpor. Zvážte napríklad odpor nichrómu a fechralu (viac ako 3 mm):

• 15H60 — 1,13 Ohm*mm/m
• Kh23Yu5T - 1,39 Ohm * mm / m
• 20H 80 — 1,12 Ohm*mm/m
• XN70YU - 1,30 Ohm*mm/m
• XN20YUS - 1,02 Ohm*mm/m

Špecifický odpor nichrómu, fechral označuje hlavný rozsah ich použitia: výroba tepelných zariadení, domácich spotrebičov a elektrických vykurovacích telies priemyselných pecí.

Keďže nichróm a fechral sa používajú hlavne pri výrobe vykurovacích telies, najbežnejšími výrobkami sú nichrómové nite, páska, pás Kh15N60 a Kh20N80, ako aj fechralový drôt Kh23Yu5T.

Odpor medi sa síce mení s teplotou, ale najprv sa musíme rozhodnúť, či máme na mysli elektrický odpor vodičov (ohmický odpor), ktorý je dôležitý pri napájaní cez Ethernet jednosmerným prúdom, alebo hovoríme o signáloch v dátových sieťach. a potom hovoríme o vložnom útlme pri šírení elektromagnetickej vlny v prostredí krútenej dvojlinky a o závislosti útlmu na teplote (a frekvencii, čo je nemenej dôležité).

Odolnosť medi

V medzinárodnom systéme SI sa merný odpor vodičov meria v Ohm∙m. V oblasti IT sa častejšie používa mimosystémový rozmer Ohm∙mm 2 /m, ktorý je vhodnejší na výpočty, pretože prierezy vodičov sa zvyčajne uvádzajú v mm 2. Hodnota 1 Ohm∙mm 2 /m je miliónkrát menšia ako 1 Ohm∙m a charakterizuje špecifický odpor látky, ktorej homogénny vodič je dlhý 1 m a má prierez ​1 mm 2 dáva odpor 1 Ohm.

Odpor čistej elektrickej medi pri 20°C je 0,0172 Ohm∙mm2/m. V rôznych zdrojoch možno nájsť hodnoty ​​až do 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m, čo môže platiť aj pre elektrickú meď. Hodnoty sa líšia v závislosti od spracovania, ktorému je materiál podrobený. Napríklad žíhanie po ťahaní („ťahaní“) drôtu znižuje merný odpor medi o niekoľko percent, hoci sa vykonáva predovšetkým kvôli zmene mechanických a nie elektrických vlastností.

Odpor medi má priamy vplyv na aplikácie s napájaním cez Ethernet. Len časť pôvodného jednosmerného prúdu aplikovaného na vodič dosiahne vzdialený koniec vodiča - určitým stratám na ceste sa nedá vyhnúť. Napríklad, PoE typ 1 vyžaduje aspoň 12,95 wattov z 15,4 wattov dodávaných zdrojom na dosiahnutie vzdialeného napájaného zariadenia.

Odpor medi sa mení s teplotou, ale pre IT teploty sú tieto zmeny malé. Zmena odporu sa vypočíta podľa vzorcov:

AR = aR AT

R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

kde ΔR je zmena merného odporu, R je merný odpor pri teplote branej ako základná čiara (zvyčajne 20 °C), ΔT je teplotný gradient, α je teplotný koeficient odporu pre daný materiál (rozmer °C -1) . V rozsahu od 0 °C do 100 °C pre meď sa používa teplotný koeficient 0,004 °C -1. Vypočítajte merný odpor medi pri 60 °C.

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

Odpor vzrástol o 16 % so zvýšením teploty o 40 °C. Pri prevádzke káblových systémov by samozrejme krútená dvojlinka nemala byť pri vysokých teplotách, to by nemalo byť povolené. Pri správne navrhnutom a nainštalovanom systéme sa teplota káblov málo líši od obvyklých 20 ° C a potom bude zmena odporu malá. Podľa požiadaviek telekomunikačných noriem by odpor medeného vodiča s dĺžkou 100 m v krútenej dvojlinke kategórie 5e alebo 6 nemal presiahnuť 9,38 ohmov pri 20 ° C. V praxi výrobcovia zodpovedajú tejto hodnote s rezervou, takže ani pri teplotách 25 ° C ÷ 30 ° C nepresahuje odpor medeného vodiča túto hodnotu.

Twisted Pair útlm / strata vloženia

Keď sa elektromagnetická vlna šíri medeným médiom s krútenou dvojlinkou, časť jej energie sa rozptýli pozdĺž cesty z blízkeho konca na vzdialený koniec. Čím vyššia je teplota kábla, tým viac sa signál tlmí. Pri vysokých frekvenciách je útlm silnejší ako pri nízkych frekvenciách a pre vyššie kategórie sú limity testovania vložného útlmu prísnejšie. V tomto prípade sú všetky limitné hodnoty nastavené na teplotu 20°C. Ak pri 20 °C pôvodný signál dorazil na vzdialený koniec 100 m dlhého segmentu s úrovňou výkonu P, potom pri zvýšených teplotách bude takýto výkon signálu pozorovaný na kratšie vzdialenosti. Ak je potrebné zabezpečiť rovnakú silu signálu na výstupe segmentu, tak buď budete musieť nainštalovať kratší kábel (čo nie je vždy možné), alebo zvoliť značky káblov s nižším útlmom.

• Pre tienené káble pri teplotách nad 20 °C vedie zmena teploty o 1 stupeň k zmene útlmu o 0,2 %.
• Pre všetky typy káblov a akékoľvek frekvencie pri teplotách do 40°C vedie zmena teploty o 1 stupeň k zmene útlmu o 0,4%
• Pre všetky typy káblov a akékoľvek frekvencie pri teplotách od 40°C do 60°C vedie zmena teploty o 1 stupeň k zmene útlmu o 0,6 %.
• Káble kategórie 3 môžu mať kolísanie útlmu 1,5 % na stupeň Celzia

Už začiatkom roku 2000. TIA/EIA-568-B.2 odporúča, aby sa maximálna povolená dĺžka trvalého prepojenia/kanála kategórie 6 znížila, ak bol kábel inštalovaný pri zvýšených teplotách, a čím vyššia je teplota, tým kratší by mal byť segment.

Vzhľadom na to, že frekvenčný strop v kategórii 6A je dvakrát vyšší ako v kategórii 6, teplotné limity pre takéto systémy budú ešte prísnejšie.

K dnešnému dňu pri implementácii aplikácií PoE hovoríme o maximálne 1-gigabitových rýchlostiach. Pri použití 10 Gb aplikácií sa Power over Ethernet nepoužíva, aspoň zatiaľ. Takže v závislosti od vašich potrieb pri zmene teploty musíte brať do úvahy buď zmenu odporu medi alebo zmenu útlmu. Najrozumnejšie je v oboch prípadoch zabezpečiť, aby boli káble pri teplotách blízkych 20 °C.